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《生态学：管理自然的经济学》 Ecology: The Economy of Managing Nature 复旦大学生命科学学院赵斌教授在中国大学MOOC网站上倾心打造的《生态学：管理大自然的经济学》。关注本公众号，可在第一时间获得课程的同步更新。 ☟扫码可进入中国大学慕课课程☟ 生态学(ecology)是研究生物与环境，及生物与生物之间相互关系的生物学分支学科。生态学一词，是由德国生物学家海克尔（E. Haeckel）1869年提出的。不过，他当时的定义，主要是以动物为研究对象的，所以他对生态学的定义是：研究动物与其生存环境之间相互关系的科学，特别是动物与其他生物之间的有益和有害关系。今天我们要讲的话题，是生态学的过去、现在和未来。这本身其实又是三个话题了，所以我们首先介绍的是生态学的过去，也就是生态学发展史。可以说，生态学的历史源远流长，一般来说，大致分为三个阶段，那就是：萌芽期、形成期和发展期。首先让我们来看看公元16世纪以前的生态学萌芽期。从有人类开始认识自然，到公元前16世纪以前，都可以看作是生态学萌芽期。可以想象的是，原始部落要寻找猎物，就必须了解常见动物的物候习性，而后来有了农业生产，就不仅要了解作物生长与季节、气候，以及土壤和水分之间的关系，而且还要防治害虫的爆发。也就是说，古人在长期的农牧业、狩猎和渔业生产中，慢慢积累了朴素的生态学知识。这一时期，生态学的发展，以古代思想家、农学家对生物与环境相互关系的朴素、整体观为其主要特点。中国著名的古典，有些就可以看做是生态学研究相关的巨著。为什么呢？比如，《管子·地员篇》、《春秋》、《庄子》记载有土壤性质与植物生长和品质的关系，以及动物行为等等。我们知道，《管子》是中国古代地理名著，而地员篇是其中之一，该篇被称为是最早的地植物生态学著作，应该是不算过分的，其内容主要来自战国时代农家的资料，通篇采用不同方式对不同的地形、土壤、水文、植被进行了分类，并阐述了这些不同的环境因子之间的某些联系，还注意到了土壤中动物的情况，这对于生态学来说，是有一定的启蒙思想的。还有一些著作，比如《吕氏春秋》、《农政全书》、《齐民要术》等，都有不少内容是针对生物与环境关系的描述。而且，许多内容还上升到哲学上的认识。比如，公元前700年，李冉的《道德经》表达了地球上“水木金火土”五行相生相克的思想，这样的思想在亚洲许多国家也得到了认同和发扬光大。无独有偶，古希腊哲学家恩培多克勒（Empedocles），他认为万物皆由水、土、火、气四者构成。这可能是他最大的贡献了，因为这成为接下来两千年大部分时间的标准教条。当然，恩培多克勒在其著作中还注意到了植物与环境的关系。另外，还有两位希腊科学家也值得一提。一个就是公元前4世纪大名鼎鼎的亚里士多德。他描述了动物不同类型的栖居地，并按动物活动的环境类型分为陆生和水生，按食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等。之后，他的学生泰奥弗拉斯托斯，在他的“植物地理学”著作中提出了类似今天植物群落的概念，还认识到动物体色是对环境的一种适应。15世纪以后，特别是16世纪文艺复兴之后，许多科学家通过科学考察，积累了不少宏观生态学的资料。从这个时候开始，到20世纪40年代，是生态学建立、生态学理论形成、生物种群和群落由定性向定量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期，这一时期我们一般称为生态学形成期。又可细分为奠基期、形成初期和巩固期。可以说，在这个时期，各学科的科学家都为生态学的形成做出了卓越的贡献。我们首先想介绍的，是波义耳（Boyle）。或许大家在物理课学习中听说过这个名字，你们听到的应该是波义耳定律，说在密闭容器中的定量气体，在恒温中气体的压强与体积成反比关系。但是，波义尔（Boyle）最大的贡献，还是因为他敢于批评当时一直公认的“四元素说”，出了一本书叫《怀疑的化学家》，提升了人们对化学元素的认识，所以他也被认为是近代化学的奠基人。但我们可能不知道，他对于早期的生态学，也就很大的贡献。这是他当时做气体压强实验中用到的一些设备。我猜测，也许他在做气体压强实验中，无意中发现了某些现象，所以1967年就发表了这些结果，展示了低压对动物物种的影响，而这一不留神呢，却成为动物生理生态学研究开端的标志。所以，波义耳一生做出的里程碑式的贡献可真不少。接着我们要介绍的，是列氏温标的提出者，法国科学家雷奥姆尔（Reaumur）。什么是列氏温标呢？我们看这张图，就是上面标记R的刻度，我们知道，标记C的是摄氏温标。对比一下，很容易发现，两个温标的0度标记是一样的，但列氏温标40度与摄氏温标50度正好相等。可以猜测，列氏温标的沸点温度应该是80度。一点儿不错，列氏温标就是这样定义的。所以，如果想将列氏温标的温度转为摄氏温标，只需要把列氏温标数据乘上1.25。他与生态学研究有什么关系呢？他呀，就是一个地地道道的昆虫学家，提出温标那完全是副业，他1735年出版了6卷昆虫学著作，详细描述了温度变化与昆虫发育相关的生理学研究，所以他被认为是研究生理学的先驱。接着，我们就要介绍大家相对比较熟悉两位科学家了，那就是林奈和布丰。林奈（C. Linnaeus）是瑞典博物学家。大家了解的林奈，应该是他在植物学上的贡献，也就是1753年撰写的《植物种志》，完善了动植物命名法则“双名法”，提出了生物分类的阶层性，并按物种多少和亲缘关系进行分类，这一分类方式广为接受，并被沿用至今。可能许多人认为，是林奈创立了“双名法”，其实这是不对的。因为，在古希腊时代，亚里士多德就提出了双名制的雏型；而在1623年，瑞典植物学家鲍兴创立了双名命名法，这比林奈早了一百多年，应该属于最早创立的。所以正确的评价应该是：林奈将双名法进行了完善与推广。即使这个成就也非常了不起，瑞典人把林奈看做是他们的骄傲，所以他的头像被印在一百元的纸钞上了。我们现在要谈论他在生态学中的贡献，那就是，他是首先把物候学、生态学和地理学结合起来的研究者，在他的著作中，他综合描述了外界环境条件对动物和植物的影响。现在我们再来看看与林奈同时代的法国博物学家布丰（C. de Buffon），他也被称为数学家、生物学家、启蒙时代的著名作家等等头衔。他的作品很多，布丰注意到，在不同的地区，哪怕是相似的环境，生物种群也表现出不同的特征，这就是他最早引入了生物地理学的概念和原理。而且，布丰还研究了人和猿的相似之处，并探讨了人与猿来自同一个祖先的可能性，这强调生物变异基于环境的影响。可以说，布丰的这些作品对现代生态学都有非常深远的影响。他的思想，还影响了之后两代的博物学家，包括达尔文和拉马克。所以也有称他为“18世纪后半叶的博物学之父”。到了18时期后期，接近19世纪的时候，确切地说是1798年，马尔萨斯(T. R. Malthus)发表了他的巨著《人口论》，也有被翻译为《人口学原理》的。其基本思想是：如没有限制，人口是呈几何速率增长的，也就是从2增长到4，到8，到16，再到32等，而食物供应呈算术速率增长，也就是按照1，2，3，4，5的线性速度增长。这样人口增长很快就会超越食物增长而受到限制。这可以看做是需求供应失衡理论。马尔萨斯对于人口问题的思考是现代进化理论的基础。达尔文终生都是马尔萨斯的崇拜者，由于马尔萨斯理论，达尔文认识到生存竞争不仅发生在物种之间，而且也在同一物种内部进行。我们可以看到，马尔萨斯模型中所称的人口（population），在生态学中有另一个称呼，种群。那么，从现代的种群增长模型来看，马尔萨斯提出的指数形式的种群增长，其实就是生态学中所称的“内禀增长率”。比利时生物学家费尔哈斯特（Verhulst）也是马尔萨斯思想的追随者。但他发现，种群增长不仅和现有种群相关，还和可用资源本身有关，即地域环境所决定的最大承载量。1833年，他将营养关系反映到种群数学模型中，导出了一个S形曲线的模型，用于描述种群增长速度与种群密度的关系，我们后来称为逻辑斯谛方程。这也是把数学分析方法引入生态学的重要案例和里程碑。在种群密度相对较低时,基本上还是马尔萨斯模型，但当种群增加到一定程度时，种群增长率便会趋缓，而且越靠近种群上限K，增长率越小，最后停止增长。说到这里呢，我不的不提前说一下将近一个世纪以后的事儿。这个逻辑斯谛方程在费尔哈斯特发表之后，很长一段时间并没有引起广泛注意。1920年代，雷蒙德·佩尔（Raymond Pearl）和罗威尔·里德（Lowell J Reed）在研究美国人口增长的时候，也推导出了逻辑斯谛方程，而那个时候正好是美国人口增长开始放缓，需要更精确的模型来进行描述。他们的文章发表在1920年的PNAS上。时隔两年之后，他们才注意到费尔哈斯特的文章。所以，我们现在说这个故事，是想说明佩尔与里德对这个方程是再次发现。这个并不奇怪对吧，那个时候查阅文献并不会像现在这么方便。之后呢，这个方程正式成为描述种群数量变化的最基本方程，得到广泛应用，还被用于生物生长过程和产业新技术创新成长过程的描述之中。那我们再回到19世纪。其实，19世纪后期开展的对植物群落的定量描述，也已经以统计学原理为基础。我们再简单罗列一下这个时代的一些人物和他们的贡献。1859年，英国的达尔文(C. Darwin)在《物种起源》一书中提出自然选择学说，强调生物进化是生物与环境相互作用的产物，引起了人们对生物与环境的相互关系的重视，这无疑促进了生态学的发展。1869年，德国的海克尔对生态学进行了定义，这我们已经在前面提到了。1877年，德国的莫比乌斯，对，就是这个发现莫比乌斯带的科学家，他创立了生物群落的概念。还有德国的瓦尔明1895年发表的《以生态地理为基础的植物分布》一书，标志着植物生态学的诞生。1896年，德国的施罗特提出了个体生态学和群体生态学概念。德国植物地理学家洪堡(A. Humboldt, 1769~1859)，他认为自然界是一个巨大的整体，各种自然现象相互联系，并依其内部力量不断运动、发展。他也常常从直接观察的事实出发，运用比较法，揭示自然现象之间的因果关系。我们现在许多地理学中的重要概念，如等温线、等压线、地形剖面图、海拔温度梯度、洋流、植被的水平与垂直分布、气候带分布、温度垂直递减率、大陆东西岸温度差异、大陆性与海洋气候、地形对气候形成的作用等，并创造性地将气候与地理因子的影响结合起来，探讨气候同动植物的水平分异和垂直分异的关系，描述物种的分布规律。此外，他也发现地磁强度从极地向赤道递减的规律，火山分布与地下裂隙的关系等。我在想呀，他要活在我们这个时代，有一个手机，那么爱观察，是否能发现更多的东西呢？从20世纪初至20世纪50年代，我们称为生态学巩固期。1920年代中叶之前，虽然在个体、种群和群落的水平开展了许多研究工作，但总的来说还处于定性描述阶段，缺乏对生态现象的解释。之后生态学开始了最初的定量分析，或者说为定量分析做好了准备。如前面所提到的逻辑斯谛方程，还有我们后面将要介绍的洛特卡-沃特拉（Lotka-Volterra）方程。这个描述两个种群间相互作用的方程是由洛特卡1925年和沃特拉1926年分别独立提出的，所以称为统称为洛特卡-沃特拉方程。同时，还有不少生态学著作和教科书，开始阐述我们现在所学的生态学基本概念和论点了。例如，艾尔顿（C.Elton）在1927年出版的《动物生态学》一书中，提到了食物链、能量金字塔、生态位等非常有意义的概念。从这个时候开始，我们可以认为：生态学已基本成为具有特定研究对象、研究方法和理论体系的独立学科了。20世纪初期，植物生态学的发展也不容小觑，特别是在植物群落生态学方面有了很大的进展。例如，这个时候许多学者先后提出的植被演替、顶极群落和生物群系等重要概念，对生态学理论的发展起了重要的推动作用。这些内容，我们在后面讨论群落概念的时候，还会详细进行介绍。可以理解的是，由于地球各地自然条件不同，植物区系和植被性质也相差甚远，科学家的语言也不同，在认识和工作方法上也各有千秋，最后呢，这方面的争议形成了几个地域中心或不同学派。我们今天对这个话题不深入展开讨论。也许，对大多数人来说，动物和植物在生存对策上有很大的差异。所以可以想想，在生态学发展历史上，动物生态学和植物生态学，是分别在两个方面各自发展的，相互之间的术语甚至都不相通。为了改善这种情况，美国两位生态学巨匠克莱门茨（Clements）和谢尔福德（Shelford）1939年合著了一本书，叫做《生物生态学》(Bio-ecology)。表面上看好像是统一了，但实际上从内容来看还是各写各的，所以这个阶段，其实是动物、植物生态学并行发展的。而真正发生根本性变化的，是直到生态系统概念的提出，我们可以看到，在一个生态系统当中，植物和动物是浑然天成，融为一体。说到生态系统，我们就不得不说说林德曼（Lindeman）了。他的研究，定义了生态系统科学。在他开始这个工作之前，生态学家们只关注动、植物物种的分类和特征。而他则把重点转移到了生态系统上，展示了有机体之间如何相互依赖，以及其生存环境如何。1941年，林德曼在耶鲁大学进行博士后研究，他对赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，因为湖泊生态系统相对来说比较简单，而且是封闭的。他的研究取得了成功。他发现，生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，能量在相邻两个营养级间的传递效率约为10%～20%。林德曼就以数学方式定量地表达出了各营养级的相互关系，建立了营养循环的理论模型，标志着生态学开始真正从定性走向定量。可惜的是，他这篇最著名的文章发表后，同年就因为肝炎而去世了，年仅27岁。1917年，美国生态学会成立，有三百多人参加了会议。参加会议的人员要求回答一些问题，这些问题都非常朴素，而且也非常有价值。你发表过哪些生态专题的论文？你对什么样的生态学科有特殊的兴趣，或者你正在进行的工作是什么？你在哪些地方进行了生态工作？你对哪些地区比较熟悉？你对哪些分类群特别感兴趣？你最有经验的实验方法是什么？你用什么野外仪器工作过？参加会议人员的专业，也非常丰富，包括最多的植物生态学和动物生态学，还有为数不少的林学、农学、昆虫学和海洋生态学，当然还有与植物生态学相关的植物生理学、植物病理学，与动物生态学相关的动物寄生虫学，另外呢，还有气候学、地质学和土壤物理学的人员，现在来看呀，都是生态学的重要支撑学科，在那个时候看来就奠定了基础。20世纪50年代以来，生态学吸收了数学、物理、化学、工程技术的研究成果，向精确定量方向前进并形成了自己的理论体系，称为现代生物学时期。当然，我们也应该看到，在人类经济和科学技术获得史无前例飞速发展的同时，虽然给人类带来了进步和幸福，也带来了环境、人口、资源和全球变化等关系到人类自身生存的重大问题。而恰好是我们在解决这些重大社会问题的过程中，让生态学与其它学科相互渗透，相互促进，获得的了重大的发展。首先，从理论认识上，是整体观的发展。我们前面说过，动植物生态学由单独发展走向统一，其中生态系统研究成为主流。从研究方法上来看，研究环境因素的作用机制离不开生理学方法，离不开物理学和化学技术，更离不开数学的方法，从理论上讲，生态系统的代谢和自稳态等概念是来自生理学的，而从物质流、能量流和信息流的角度来研究生物与环境的相互作用，则可说成是由物理学、化学、生理学、生态学和社会经济学等共同发展出的研究体系。所以生态学不仅与生理学、遗传学、行为学、进化论等生物学各分支领域相结合，形成了一系列新的领域，而且还与数学、地学、化学、物理学等自然科学相交叉，产生了许多边缘学科；甚至超越了自然科学界限，与经济学、社会学、城市科学相结合，从人类活动对环境的影响来看，生态学是自然科学与社会科学的交汇点，生态学成了自然科学和社会科学相连接的真正桥梁之一。数理化方法、精密灵敏的仪器和电脑的应用，使生态学研究可能更广泛、更深入地探索生物与环境之间相互作用。现代生态学的研究对象，正在向宏观和微观两极多层次方向发展，从小的分子、细胞，一直到景观、区域、生物圈或全球，虽然微观方面的成就不容小觑，但主流发展仍然是宏观方向，产生了许多跨尺度的研究。有关尺度和跨尺度的研究，这是生态学中一个非常重要的问题，我们之后还会专门进行讨论。随着社会经济和现代工业化的高速度发展，自然资源、人口、粮食和环境等一系列影响社会生产和生活的问题日益突出。许多生态学问题，往往超越国界。特别是二战后，有上百个国家参加的国际规划一个接一个。其中，最重要的一些计划包括，60年代国际生物科学联合会(IUBS)制定了“国际生物学计划”(IBP)，对陆地和水域生物群系进行生态学研究；70年代，联合国教科文组织等设立了人与生物圈(MAB)国际组织，并制定了“人与生物圈”计划；80年代有IGBP，也就是国际地圈生物圈计划；还有90年代的生物多样性计划（DIVERSITAS）。另外，还有我们这里没有提到的，为保证世界环境的质量和人类社会的持续发展制定的计划，为保护臭氧层、预防全球气候变化等的计划。下面我们分别来讲一讲。国际生物学计划（IBP），1964年开始执行，大家可以理解，那个时代我国没有参加。这个计划的中心是全球主要生态系统的结构、功能和生物生产力研究。在国际生物计划之前，只有国际地球物理年这样的计划，才体现出全球性的、跨学科相互联系的优势。国际生物学计划的成功，以及公众的广泛支持，为之后的“Big Ecology大生态”和先进技术在生态系统变化研究中的应用奠定了基础。国际生物学计划的后续项目现在已经是长期生态研究项目（LTER）的组成部分。人与生物圈计划，1970年提出，也可以看做是国际生物学计划的继续。其主要任务是研究在人类活动的影响下，地球上不同区域各类生态系统的结构、功能及其发展趋势，预报生物圈及其资源的变化和这些变化对人类本身的影响。从这个名字我们就可以看出，研究计划的目的，是通过自然科学和社会科学两个方面，研究人类今天的行动对未来世界的影响，保证人类社会持续协调发展。接着，让我们来看看国际地圈生物圈计划（IGBP），这是在1984年正式提出，1991年开始执行的。其科学目标主要集中大尺度的问题，在空间尺度上是研究整个地球系统，在时间尺度上为几十年到几百年，探讨那些主导地球系统相互作用的物理、化学和生物学过程，以及对人类来说最敏感的相互作用过程和重大变化。可以想象，这样的计划当然需要全世界的共同努力。计划的最终目标是提高人类对全球变化的预测能力。我们来看看该计划的八个核心研究计划，从中就可以领略出这种大尺度的计划究竟是想解决什么问题。最后，是生物多样性计划，名称采用了拉丁语的“多样性”（DIVERSITAS），最早于1991年提出。是一项旨在整合生物多样性科学，以造福人类的国际研究项目。项目有两个使命，一方面要在生物多样性科学中整合生物学、生态学和社会科学；另一方面要为保护地球多样性的决策提供可靠的科学基础。生物多样性对生态系统功能的作用，就是其最核心的组成部分。让我们来总结一下现代生态学的发展趋势和特点。首先，生态学从动、植物生态学分别单独发展而走向统一，生态系统研究成为主流，重点开始关注生态系统结构与功能。然后有四个转变，以曾经的科学家们最浓厚的兴趣是诞生于博物学的自然研究，到现代开始考虑人类活动干扰生态系统，也就是开始食人间烟火了；第二，生态学在基础研究方面，已趋向于从状态描述转向过程剖析，由静态描述趋向动态分析，由定性研究向定量研究发展，以宏观研究为主向宏观和微观纵深发展，并逐渐向多层次的综合研究发展。另外，现代生态学的发展，与人类社会的发展也密切相关，在历史上有三个辉煌时期。一个是1820~30年代，这是生态学的第一次辉煌，形成了不同学派；然后是1950年代的环境危机，促进了生态学的第二次辉煌；再就是从1990年代末到现在，人们关注生物多样性、全球变化和可持续发展问题，导致的第三次辉煌。接着，我们将谈谈生态学未来的话题。其实，对于未来的预测，是很难的。我们只能说是对未来的展望。但这个展望绝对不能毫无根据。那么我的根据是什么呢？我的根据，主要来自英国和美国生态学会在学会诞生一百周年的庆祝大会上，其理事和主席所发表的观点。2013年，英国生态学会百年华诞，正好借这个东风，国际生态学会2013年年会也同期在英国伦敦召开，时任理事长乔治娜·梅斯教授做了一个主题发言，她认为：由激情和紧迫感所刻画的保育科学目前正面临着在一定科学基础上的转化要求。一些相关的学科，包括生态学、遗传学和进化，到生物地理学、社会科学和经济学，都对生态学的发展做出了不同程度的贡献。自然保育已经从维持性保护，发展到主动保育，现在发展到要将自然作为人类系统的一部分进行考虑。有关这个报告的视频，我已经放在扩展视频中了，欢迎大家学完本课之后看一看。她随后将这个发言进行了整理，以“生态学必须进化”为题发表在Nature上，这是对现代和未来生态学发展的一个评论：如果生态学想解决全球性问题，那么它就必须进化。我自己也对她的报告和这篇文章进行了解读，发表在中国的《科技导报》上。这篇文章不长，希望大家在看完梅斯的演讲后再扫码看看。因为是百年庆典大会，所以梅斯回顾到，在过去一个世纪，生态学研究已大大改善了我们对物种之间相互作用的理解。但这样的认识大多是来自理论与模型的结合，以及精心设计的长期室内实验，或在很多不同地方开展的野外实验。从历史上看，生态学往往围绕着科学家个人的研究系统，展开一些具有“所有权”的研究，但她认为这其实只是搜集了一个苦心竭力策划的数据集。无论这些生态学研究的细节多么有趣，无论在这个尺度上如何充分理解其动态和过程，但小尺度生态学的研究结果很难得一些普遍性结论，如多个物种如何在群落水平应对疾病或天气模式改变的扰动；同时，这些结果也很难嵌入到模拟地球系统的模型之中，如气候、海洋环流或水循环过程。但从另一个方面讲，如果研究者在模拟这样的系统中没有考虑生态学的一些具体过程，他们又有可能会错失重要的反馈、阈值和约束条件。所以，她最后指出：全球范围内的重大问题，从全球气候变化、人口增长、粮食安全、疾病传播、清洁水供应以及生物多样性丧失和生态系统服务，为生态学家步入这个新时代带来了压力。这需要一类新型的生态学，它将侧重于生物的整个群体，是人类与物理环境进行交流的尺度；也就是说：社会越来越需要生态学家提供一些信息，既针对特定问题、特定地点和时间，同时还具有预测性，规范性的和扩展性。美国生态学会成立于1915年，晚英国生态学会两年。其2015年的百年华诞庆典，在巴尔的摩（Baltimore）召开。会议的主题，不仅仅是回顾历史，探索已经掌握的知识，还要想想如何绘制下个世纪的蓝图，包括人类的维持以及改善与地球上赖于生存的其他生命世界的关系。而在庆典的前一周，美国生态学会主席大卫·伊诺伊（David W. Inouye）在Science上发表了一篇社论：下一个世纪的生态学。大家知道吧？英国的梅斯在Nature上发文，因为Nature杂志是英国的，伊诺伊在美国的Science上发文，也是顺理成章的。是不是这个原因，其实我也不知道。我们再继续说说伊诺伊的这篇文章。他回顾到，在过去100年里，基础生态学研究催生了一些重要的范式变化。例如，如果我们获得一个有关生物地理学的简单图解模型，就可以解释许多空间尺度上的物种分布模式。不管是森林大火，还是抗生素对肠道微生物群落的影响，这其实都是生态系统受到扰动后的演替规律。早期生态学家们只是思考调节植物和动物群落的基本原则是什么，没曾想到他们的这些想法会被借用，成为理解人体微生物，理解影响我们的营养、免疫系统甚至心理状态的基础。所以，在合成生态学的新领域中，生态学家正在与医学专家合作，设计出有益的微生物群落，其基础也是起源于一个世纪之久的生态野外研究。这些例子似乎都预示着：下个世纪，生态学家的作用和生态学原理的应用有可能发生重大变化，医科学生及从业者也需要充分了解生态学。当然，对于这篇文章，我也写了一个介绍，放在我的博客中，请各位同学扫码阅读。他还相信，未来，国际社会也将更加注重生态学，正如新近出现的政府间生物多样性和生态系统服务平台所展示的那样。通过聚焦对传粉生物的首次评估报告，提供了一个可操作性的科学建议，可促进将生态科学更好地结合到管理和立法中。结合新开发的工具、分析方法和预测世界环境未来的模型，生态学家可以告知决策者如何预防、减轻或适应环境变化。因此，伊诺伊总结说：从栖息在我们脚下的地球微生物，到对我们来说尚未知晓的宇宙环境，未来100年的生态学发现将会影响我们的生活。我们现在所进入的社会是用科学知识武装起来的，并有能力做出负责任的决定。说到未来的科学研究，我特别喜欢说说这本书：《第四范式数据密集型科学发现》。这是微软研究院2009年出版的，我特别有兴趣的是其中介绍了地球与环境科学、生命与健康科学中基于海量数据的科研活动，探讨了这种新范式的内涵和内容。我们来看看这本书的目录，第一章就是地球与环境，其中的第四节，是用数据来定义生态科学。可见，未来的生态学是一个与数据密集性科学非常相关的研究范式。数据密集型的第四范式，其实与我们家喻户晓的大数据是同样一个概念。那么其他的第一、第二、第三范式是什么意思呢？我们根据这几张图来理解一下。人类最早的科学研究，主要以记录和描述自然现象为特征，这称为“实验科学”，也就是第一范式，从原始的钻木取火，发展到后来以伽利略为代表的文艺复兴时期的科学发展初级阶段，都是第一范式，这开启了现代科学之门；但这些研究，会受到实验条件的限制，难于完成对自然现象更精确的理解。科学家们开始尝试尽量简化实验模型，去掉一些复杂的干扰，只留下关键因素，这就是我们在学习物理的时候会提到的“足够光滑 ”、“足够长的时间”、“空气足够稀薄”等令人费解的条件描述，然后通过演算进行归纳总结，这就是第二范式。这种研究范式一直持续到19世纪末，都堪称完美，牛顿三大定律成功解释了经典力学，麦克斯韦理论成功解释了电磁学；20世纪中叶，利用计算机对科学实验进行模拟仿真的模式得到迅速普及，人们可以对复杂现象通过模拟仿真，推演出越来越多复杂的现象，典型案例如模拟核试验、天气预报等。随着计算机仿真越来越多地取代实验，逐渐成为科研的常规方法，也就是第三范式。而未来科学的发展趋势是，随着数据的爆炸性增长，计算机将不仅仅能做模拟仿真，还能进行分析总结，得到理论。数据密集范式理应从第三范式中分离出来，成为一个独特的科学研究范式。也就是说，过去由牛顿、爱因斯坦等科学家从事的工作，未来完全可以由计算机来做。这种科学研究的方式，被称为第四范式。我们在英文世界的网站中，也会发现，为小朋友准备的生态学学习材料，其中一个重要的内容，就是数据科学。当然，大数据无疑是当今的时髦词汇和技术，许多人都想学。有人谈论大数据时代的公民生活，也有人谈论大数据时代的网络反腐，仿佛一夜之间我们就进入了大数据时代。其实，学习生态学也许也是进入大数据最直接的理由和通路，所以，生态学要从娃娃抓起。我一直觉得，活在我们这个时代很值，新鲜玩意儿层出不穷。物联网、大数据和云计算、人工智能、区块链等等。有人进行了总结，说，人工智能是生产力、区块链是生产关系、云是生产工具、大数据是生产资料、物联网是自然环境。也就是说，云计算是物联网发展的基石，而物联网又是云计算最大的用户，二者的融合可谓珠联璧合，相辅相成。在大数据时代，云计算融合物联网将进一步推动数据价值的挖掘，促进产业爆发。显然，作为一个重要的面向未来的科学——生态学，也将是积极拥抱这些新型技术的。一个星球，一个未来，让我们拭目以待。好，最后呢，我再啰嗦几句。我们中可能有许多人，喜欢用过去的经验，现在的套路，试图解决未来的问题，但这其实是不可能的。因为沿着现在的路，我们走不到未来！我们正确的姿势，应该是用即将到来的技术，思考未来的解决方案。生态学的未来也是如此。今天的话题一聊又是这么多，希望你有所收获，也能继续思考，特别不要忘记，有一些扩展视频和资料需要你们在课后慢慢消化。好，同学们，再见！
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