第四章 組裝複雜性

按皮姆的說法,計算機模型顯示:"當混合體中有10至20種成分時,其峰值(或者說穩定點)可能有十幾到上百個。假如你重演一遍生命的程式,會達到不同的峰值。"換句話說,投放了同樣的一些物種後,初始的無序狀態會朝向十幾個終點。而改變哪怕是一個物種的投入順序,都足以使系統由一個結果變成另一個。系統對初始條件是敏感的,但通常都會轉為有序狀態。

皮姆把帕卡德還原伊利諾伊大草原(或者應該說是稀樹大草原)的工作看成是對他的發現的佐證:"帕卡德第一次試圖組合那個群落的時候失敗了,從某種意義上說,是由於他得不到所需的物種,而在清除不想要的物種時又遇到很多麻煩。一旦引進了那些古怪卻合適的物種,離恆定狀態就相當接近了,所以它能容易地達到那個狀態,並可能一直保持下去。"

皮姆和德雷克發現了一個原則,它對任何關注環境以及對建立複雜系統感興趣的人都是重要的經驗。"要想得到一塊溼地,不能只是灌入大量的水就指望萬事大吉了。"皮姆告訴我,"你所面對的是一個已經歷經了千萬年的系統。僅僅開列一份豐富多樣的物種清單也是不夠的。你還必須有組合指南。"

4.4如何同時做好一切

史蒂夫·帕克德的初衷是想延續真正的北美草原棲息地。在此過程中,他復活了一個已經消逝了的生態系統,也許還得到了一個稀樹大草原的合成指南。30年前,戴維·溫蓋特在百慕大群島的一片海洋(而不是如海的草地)中看護一種珍稀岸禽,以使其免於滅絕。在此過程中,他再現了一個亞熱帶島嶼的完整生態環境,進一步闡明瞭組合大型機能系統的原理。

百慕大的故事說的是一個島嶼受到病態的、無規劃的人工生態系統的蹂躪。第二次世界大戰結束時,住房開發商、外來害蟲徹底侵佔了百慕大群島,當地植物被進口的花園物種所毀滅。1951年,在該群島外島的懸崖上發現了百慕大圓尾鸌----一種海鷗大小的海鳥----這一通告令當地居民和全球科學界極為震驚,因為人們認為百慕大圓尾鸌已經滅絕幾個世紀了。人們最後看到它們是在渡渡鳥滅絕前後的17世紀。出於一個小小的奇蹟,幾對圓尾鸌一連幾代都在百慕大群島遠處海崖上孵卵。它們大部分時間生活在水上,只有在構建地下巢穴時才上岸,因此4個世紀都沒人注意到它們。

戴維·溫蓋特在中學時代就對鳥類充滿狂熱的興趣。1951年,百慕大一位自然學家成功地將第一隻圓尾鸌從裂隙深處的鳥巢取出時,他就在現場。後來,蓋溫特參與了嘗試在百慕大附近名為楠薩奇的無人居住的小島重新安置圓尾鸌的行動。他如此傾心於這個工作,以至於新婚的他搬到了這個無人居住、沒有電話的外島上的一處廢棄的建築裡。

溫蓋特很快就明白了,如果不還原這裡的整個生態系統,就不可能恢復圓尾鸌的興旺。楠薩奇和百慕大原本覆蓋著茂密的香柏樹林,但是在1948至1952年僅僅三年的時間裡,香柏就被引入的害蟲徹底毀掉了,只剩下巨大的白色樹幹。取而代之的是許多外來植物。溫蓋特認為主島上那些高大的觀賞樹肯定逃不過五十年一遇的颶風。

溫蓋特面對著所有整體系統制造者都會面臨的難題:從何入手?事事都要求其他的條件萬事俱備,但你又不可能一下子把整個東西拎起來舞弄。有些事必須先做,而且要按正確的順序去做。

通過對圓尾鸌的研究,溫蓋特斷定,它們的地下築巢地點已經因無計劃的城市擴張而減少了,之後,又有熱帶白尾鳥前來搶奪僅存的合適地點。好鬥的熱帶鳥將圓尾鸌的幼鳥啄死,再佔用其鳥巢。嚴峻的形勢需要採取嚴厲的措施。因此,溫蓋特為圓尾鸌制定了"政府安居計劃"。他製作了人工巢穴----一種地下鳥窩。假如楠薩奇森林能夠恢復的話,那些樹木就會在颶風的作用下微微傾斜,根部拔起而形成大小合適的縫隙。熱帶鳥太大進不去,但對圓尾鸌來說就太完美了。但是,溫蓋特等不及這一天了,因而,他製作了人工鳥巢,作為解開這個謎題的第一步。

由於需要森林,他種植了8000棵香柏,希望其中能有一些抵抗得住枯萎病。有些香柏確實頂住了病害的侵襲,但是又被風扼殺了。於是,溫蓋特又種了一種輔助物種----生長迅速、非本地生的常青植物木麻黃----作為環島防風林。木麻黃迅速長大,使香柏得以慢慢生長,幾年過後,更適應環境的香柏取代了木麻黃。補種的森林為一種已經幾百年未在百慕大出現過的夜鷺創造了完美的家,而夜鷺吞食陸地蟹。如果沒有夜鷺,這些陸地蟹就成了島上的有害物種。數目爆長的陸地蟹一直享用著溼地植物汁多味美的嫩芽。如今蟹的數量減少,讓稀少的百慕大莎草有了生長的機會,近幾年裡,它也有了結籽的機會。這就好像"少了釘子,丟了王國。"的寓言故事。反過來說:找到釘子,王國獲勝。溫蓋特一步一步地重組了失去了的生態系統。

生態系統和其他功能系統猶如帝國,毀掉容易,建起來難。大自然需要發展森林或溼地的時間,因為就連大自然也不能同時做好一切。溫蓋特所給予的那種幫助並沒有違反自然規律。大自然一般都是利用臨時的腳手架來完成自己的許多成就的。人工智慧專家丹尼·希利斯在人類的大拇指身上看到了類似的故事。藉助拇指的抓握,靈巧的手使人類的智慧更進一步,具備了製造工具的能力。但是一旦智慧建立,手就沒那麼重要了。希利斯宣稱,建立一個巨大的系統確實需要許多階段,一旦系統動作起來,這些階段就變得可有可無了。"錘鍊和進化智慧所需的輔助手段遠比簡單地停留在某個智慧水平上要多得多。"希利斯寫道,"人們在確信與其他四指相對的拇指在智慧發展中的必要性的同時,也毫不懷疑現在的人類可以脫離開拇指進行思考。"

當我們躺在隱於高山山樑的草甸上,或涉入潮沼骯髒的水中,就遭遇了大自然的"無拇指思想"。將樣板草場更新為花的世界所需要的中間物種此刻都消失了。留給我們的只有"花的念想",而缺失了看護它們成型的"拇指"。

4.5艱鉅的"拼蛋殼"任務

你可能聽說過一個感人的故事----《植樹人種出了幸福》,它講的是如何從荒蕪中創造出一片森林和幸福的故事。這是一位1910年徒步去阿爾卑斯山深處旅行的歐洲年輕人講的故事:

這位年輕人信步來到一個多風無樹的荒蕪山區。那裡僅剩的居民是一些吝嗇、貧窮、牢騷滿腹的燒炭人,擠在一兩個破敗的村莊裡。年輕人在這個地方見到的唯一一個真正快樂的居民是一個孤獨的牧羊隱士。年輕人驚奇地看著這位隱士整天默默無語,白痴似的把橡子一粒粒戳進月球表面似的荒山。沉默的隱士每天種100粒橡子。年輕人迫不急待地離開了這塊荒涼的土地。許多年後,第一次世界大戰爆發,年輕人竟又意外地回到了這裡。這次,他發現當年的那座村莊已經鬱鬱蔥蔥,幾乎認不出來了。山上生長著茂盛的樹木和植物,流淌著溪水,到處是野生的鳥獸,還有一批心滿意足的新村民。那位隱士在30年的時間裡種了90平方英里茂密的橡樹、山毛櫸和樺樹。他在大自然面前看似孤立無援、蚍蜉撼樹的舉動已經重塑了當地的氣候,為成百上千的人們帶來了希望。

可惜這個故事是杜撰的。儘管人們把它當作真實的故事在世界各地傳揚,實際上它只是一位法國人為時尚雜誌編寫的奇幻故事。不過,也確實有一些理想主義者通過種植上千棵樹木而重建森林的故事。他們的成果證實了法國人的直覺:大面積生長的植物能促進當地生態系統進入良性迴圈。

有個真實的例子:20世紀60年代初期,英國奇女子溫迪·坎貝爾-普爾蒂旅行到北非,通過在沙漠中栽種樹木來抵禦沙丘的入侵。她在摩洛哥提茲尼特省的45英畝沙地上種植了2000棵樹,形成一道"綠色的牆"。在6年的時間裡,這些樹功勳卓越。溫迪又設立了基金,為在阿爾及利亞布薩達的260畝沙漠荒原上再種植13萬株樹木提供資金。這項工作也取得了成果,形成了一小塊適合柑橘、蔬菜和穀物生長的新田地。

哪怕只給予一個小小的立足點,那些相互關聯的綠色植物內所隱藏的巨大潛能都會觸發收益遞增的法則:"擁有者得到更多。"生物促進環境發展,也促進更多生物的成長。在溫蓋特的島上,鷺的出現使莎草能夠重現。在帕克德的北美大草原,以火來清除障礙使野花得以生存,從而使蝴蝶得以生存。在阿爾及利亞的布薩達,一些樹木改變了氣候和土壤,從而使那裡適合更多樹木的生長。更多的樹木為動物、昆蟲和鳥兒創造了生存地,從而為更多的樹木準備好了棲息地。從一些橡子開始,大自然就像一部機器,為人類、動物和植物建造豪華的家園。

楠薩奇和其他森林收益遞增的故事,以及來自斯圖亞特·皮姆微觀世界的資料包告,都印證了一個重要的經驗,皮姆稱之為"拼蛋殼效應"。我們能把失去的生態系統重新組合起來嗎?是的,只要所有的碎片都還存在,我們就能將其還原。只是,不知道我們能否還能得到所有的碎片。也許陪伴生態系統早期發展的某些物種----正如助推智慧發展的拇指----在附近已不復存在了。或者,在一場真正的災難中,重要的輔助物種在全球滅絕了。完全有這樣一種可能,曾經有一種假想的、到處生長的小草,對於北美大草原的形成具有至關重要的作用,但卻在最後的冰河時期被一掃而空。隨著它的逝去,蛋殼就不可能再還原了。"記住,兩點之間並非總有一條路徑可走,"皮姆說。

帕克德曾經有過這個令人沮喪的想法:"大草原永遠不能完全復原的一個原因是有些成分永遠消失了。也許沒有大型食草動物,如古時候的乳齒象乃至過去的野牛,大草原是不會回來的。"皮姆和德雷克的工作還得出更可怕的結論:"不僅要有合適的物種按恰當的順序出現,而且還要有合適的物種在恰當的時間消失。一個成熟的生態系統也許能輕易地容忍x物種,但是在其組合過程中,x物種的出現會把該系統轉到其他路徑上,將其引向不同的生態系統。"帕克德嘆息道:"這就是創造一個生態系統往往要經過數百萬年的原因。"如今,紮根在楠薩奇島或駐紮在芝加哥郊區的哪個物種能將重現的稀樹大草原生態系統推離原來的目的地呢?

由此說到機器,有一個違反直覺卻很明確的規則:複雜的機器必定是逐步地,而且往往是間接地完善的。別指望通過一次華麗的組裝就能完成整個工作正常的機械系統。你必須首先製作一個可執行的系統,再以此為平臺研製你真正想完成的系統。要想形成機械思維,你需要製作一隻機械"拇指"----這是很少有人欣賞的迂迴前進的方式。在組裝複雜機械過程中,收益遞增是通過多次不斷的嘗試才獲得的----也即人們常說的"成長"過程。

生態系統和有機體一直都在成長,今天的計算機網路和複雜的矽晶片也在成長。即使我們擁有現存電話系統的所有關鍵技術,但如果缺少了從許多小型網路向一個全球網路成長的過程,我們也不可能組裝出一個與現有電話系統一樣巨大且可靠的替代品。

製造極其複雜的機器,如未來時代的機器人或軟體程式,就像還原大草原或熱帶島嶼一樣,需要時間的推移才能完成,這是確保它們能夠完全正常運轉的唯一途徑。沒有完全發展成熟或沒有完全適應外界多樣性就投入使用的機械系統,必然會遭到眾口一致的詬病。用不了多久,再聽到"時機成熟,再把我們的硬體投放市場"時就不會覺著可笑了。

北美大草原(prairie):分佈於北美大陸中部和西部的遼闊的大草原,也稱為溫帶草原,以禾本科植物為主。隨著降雨量的由西向東增加和草莖的高低,而又區別為高、中、低幾種型別的草原,東部氣候半溼潤,草木繁茂,種類豐富,並常出現島狀森林或灌叢,稱為高草草原;西部內陸靠近荒漠一側,雨量減少,氣候變幹,草群低矮稀疏,種類組成簡單,並常混生一些旱生小半灌木或肉質植物,稱為矮草草原。中間為過渡混生草原。

史蒂夫·帕克德(stevepackard):主持伊利諾斯州自然保護協會的科學和管理工作,喚起了世界對芝加哥地區殘存的稀樹大草原的關注,建立了自願者網路,成為《紐約時報》科學作家威廉·史蒂文斯的新書《橡樹下的奇蹟》所關注的焦點。

奧爾多·利奧波德(aldoleopold,1887~1948):美國倫理學家、環境保護主義理論家。著有自然隨筆和哲學論文集《沙鄉年鑑》。在這本書中,利奧波德從哲學的意義上提出了"土地道德"的概念,把人們對自然的態度與人的道德聯絡在一起,並指出,在人類歷史上,征服者最終都將禍及自身。

1英畝≈4047平方米

浴火重生的種子:某些硬殼類植物種子,非火燒去外殼不能發芽。比如澳洲桉樹的種子有厚厚的木質外殼,藉助大火把它的木質外殼烤裂,便於生根發芽。因此桉樹林就像鳳凰,大火過後不僅能獲得新生,而且會長得更好。

熱帶或亞熱帶稀樹大草原(savanna):是指乾溼季對比非常明顯的熱帶地區。主要見於東非、南美巴西高原和印度等地。以高達一米以上的旱生禾草為主要成分所組成的草被層佔優勢,在這種草被層的背景上散生著一些旱生矮喬木。以禾草的生產力高以及植被稀疏開曠等為其特點。savanna土著原意即為"樹木很少而草很高"。

《夢幻之地》(fieldofdreams):是凱文·科斯特納最出色的代表作之一。這是一部帶有神秘色彩的文藝片,描寫中年人不甘心於平凡而內心渴望追求夢想的那股力量,對於美國嬰兒潮一代的集體心理有深刻動人的刻畫。主人翁是青少年時期與父親失和而無法完成夢想的農場主人雷,有一天他聽到神秘聲音說:"你蓋好了,他們就會來。"於是他像著了魔一樣剷平了自己的玉米田,建造了一座棒球場,沒想到他的棒球偶像真的來到那裡打球,而且還因此使他跟父親之間的多年心結得以開解。

斯圖亞特·皮姆(stuartpimm):1971年獲英國牛津大學文學學士,1974年獲新墨西哥州立大學哲學博士。皮姆具有保護瀕危物種的經驗,對熱帶雨林的消失及其後果頗有研究。

吉姆·德雷克(jimdrake):宇航工程師,發明家,帆板運動創始人之一。

斯圖亞特·考夫曼(stuartkauffman,1939~):美國聖塔菲研究所(santafeinstitute)科學家,理論生物學家。

戴維·溫蓋特(davidwingate,1935~)鳥類學家、博物學家、自然資源保護論者,大英帝國勳章獲得者。再現了百慕大生態環境,拯救了珍稀鳥類圓尾鸌。

少了釘子,丟了王國:這個寓言故事講的是一個國王去打仗,所騎的戰馬少了一個馬掌釘,結果在戰鬥中戰馬跌倒,輸掉了戰爭,也丟掉了王國。

丹尼·希利斯(dannyhillis,1956.09~):美國發明家、創業家和作家。他與其他人聯合創立了"思考機器公司"(thinkingmachinecorporation),該公司研發了並行超級計算機"連線機"(connectionmachine)。

拼蛋殼:有個英語童謠,大意是,一個叫humptydumpty的矮胖子,不小心從牆頭摔下來,像雞蛋一樣跌得粉碎。國王的騎士們誰都無法把他拼好。