生命的法则：塞伦盖蒂6大法则告诉你，生命现象背后的规律是稳态
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今天分享的书籍是《生命的法则》。
作者肖恩·B·卡罗尔，获奖无数的科学大家，美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士、威斯康星大学分子生物学和遗传学教授、富兰克林生命科学奖获得者。与爱德华·威尔逊、奥利弗·萨克斯和理查德·道金斯等人齐名的科普大师，刘易斯·托马斯科学写作奖得主。霍华德·休斯医学研究所科学电影制片人，所拍摄的科学短片和教育素材供成千上万的学生免费使用。
卡罗尔发现，微观和宏观生命系统之间的区别其实只是表面上的，它们的本质规律是相同的，所以由此为灵感写下了这本书，同时总结出了适用于地球上任何生态系统的法则——“塞伦盖蒂法则”。本书告诉我们，在复杂的生命现象背后，规律只有两个字——“稳态”。
01、什么是生命的法则
生命系统分为不同等级，最低等级的生命系统是细胞，越往上就越复杂，依次是组织、器官、个体、种群、群落、生态系统和生物圈。不同等级的生命系统给我们的印象往往完全不同，作者认为，世间所有生命系统不论体型大小，都受到一条相同法则的制约，也就是“生命的法则”，所有的生命形态都是稳定存在的。这种稳态保证了生命体受到巨大外力冲击的时候仍然保持完整，不致面临被损坏、被肢解甚至被毁灭的命运。
比如，正常状态下，人血液的酸碱度是恒定的，ph值稳定在7.4左右，这个7.4的ph值就是稳态。如果降低到6.95，人就会昏迷甚至死亡，如果上升到7.7，人就会抽搐和癫痫。我们平时健健康康的，既不昏迷也不抽搐，就是因为人体依靠着神经系统和内分泌系统自动进行的各种反应，在想方设法地维持血液稳定的ph值。
各个层次的生命系统，不管是生物体体内的微观层面，生物个体的中观层面还是地球生态这种宏观层面，它们的运转都要遵循生命的法则，离不开稳态的调节。本书总结出了一条适用于各个层面生态系统的法则，找到了它们共同的逻辑，这样就能让我们对生物学整个学科，有一个更全面的把握。
现在我们可以看出，生命法则的核心是稳态，那生命系统平时是怎么来维持稳态的呢？作者把维持稳态的机制总结成了四种调节方式，分别是正向调节、负向调节、双重负向调节和负反馈调节。
1、正向调节
正向调节说的是一个参数A发生变化，会让另一个参数B发生相同方向的变化。比如，草原上草的数量多了，就会促使羊的数量变多，在这里草对羊就是正向调节。
2、负向调节
负向调节就是调节的方向反过来，比如狼的数量多了会导致羊的数量减少。
3、双重负向调节
双重负向调节说的是参数A负向调节B，B又负向调节C，就好比狼的数量多了，羊就减少，羊少了就会进一步促进让草变多，狼对草就是双重负向调节。
4、负反馈调节
负反馈调节，A正向调节B，B太多之后会反过来抑制A，就像草原上草让羊的数量变多，但羊要是变得太多了，就会反过来把草吃光，羊对草就是负反馈调节。
这四种调节方式，时时刻刻地维持着所有生命系统的稳态，不光是羊和草，小到人体内的各种细胞和分子，大到地球生物圈，也都是通过这四种调节方式来维持稳态的。在大多数情况下，这种稳态维持机制可以运转良好，但如果遇到特殊情况、稳态被破坏，那就会出现各种问题。那该怎么办呢？那就是恢复稳态。
比如，美国生理学家沃尔特·坎农，他在一战战场上救治伤员时发现，休克病人血液中的碳酸根离子浓度比正常人低，这就表明病人的血液比理论值偏酸性，而且血液越是偏酸性，血压就会越低，休克症状就越严重。在坎农以前，人们没法治疗严重休克，病人的血压一旦降低到五六十毫米汞柱，那基本上就没得救了。
但坎农发现了一种有效方法，非常简单，休克病人血液里碳酸根浓度既然偏低，那就给病人直接注射碳酸钠，碳酸钠呈碱性，能提高血液的ph值，坎农通过这种方法，强行恢复病人体内的正常稳态，效果出奇得好。之后没多久，这种处理方法就成了医学界的标准，挽救了无数休克病人的生命。
02、什么是塞伦盖蒂法则
作者总结出了一系列解释宏观生态系统运行规律的法则——塞伦盖蒂法则。什么是塞伦盖蒂法则？塞伦盖蒂这个名字，来自于非洲坦桑尼亚和肯尼亚交界处的塞伦盖蒂大草原。作者本来是一名分子生物学家，但一次在塞伦盖蒂大草原的旅游经历震撼了他，给了他发现生态系统运行规律的灵感。为了纪念这一点，卡罗尔把这一系列的六条法则，命名为塞伦盖蒂法则。而且它适用于全球任何一个生态系统。我们分别来看一下这几条法则。
1、关键物种法则
众生并不平等，“关键物种”的影响更大。某些物种对其生物群落的稳定性和多样性具有重大影响，而且影响程度常常与它们的生物数量并不匹配。关键物种的重要性体现在它们的影响程度，而不是它们在食物链中所处的层级。
2、影响力法则
关键物种通过“多米诺效应”对食物链中低营养层级的物种产生重大间接影响。食物网上的一些物种可以自上而下地产生重要影响，而且影响程度常常与它们的绝对数量并不匹配，这种影响会波及整个生物群落，并间接影响低营养层级的物种。
一种生物的数量到底是由谁来决定的？原来的生态学家们一直认为，一种生物的数量，一般是由食物链中更低层级的生物决定的。食物链层级的高低取决于捕食关系，捕食者是高层级，被捕食者就要低一级，比如狼就是高层级，羊就是低层级。低层级生物的数量可以决定高层级生物的数量，但仔细一想，好像不是那回事儿，比如草原上的狼一般不会把所有的羊都吃完，羊没有被吃完，狼的数量就被稳定住了。这就表明，在这里高层级生物的数量不是由低层级生物决定的。那到底是什么因素决定的呢？我们来看一个实验，理解一下这两个法则。
美国生物学家罗伯特·潘恩曾经做过一个实验，他找了海边一块没有人类活动痕迹的礁石。这块礁石上有个微型生态系统，上面有海星、蜗牛、蚌类、藤壶和海藻等海洋生物，其中海星和蜗牛是这片礁石上的捕食者，藤壶、蚌类等生物都是它的美食，而蚌类和藤壶又以海藻为食。潘恩的研究方法是移除观察法，就是把礁石上的海星撬起来扔到海里，移除这种捕食者，看看接下来会发生什么。
实验结果出人意料，在移除捕食者后不到一年的时间里，被捕食者们并没有过地更好，反而大量消失，这片礁石上的种群丰度从15种降到了8种；实验进行5年之后，礁石上的所有空间都被蚌类占据，其他生物全部消失。
也就是说，原来在这片礁石上，海星不是大多数生物的压迫者，反而是拯救者，它通过控制蚌类的数量，维持了整个系统的平衡。这个实验证明了，捕食者在食物网中可以自上而下地调节其他物种的数量。蜗牛也是捕食者，但蜗牛的存在不能抑制蚌类的扩张，只有海星才能。
3、竞争法则
对共同资源的竞争，导致了一些物种的种群数量减少。在对空间、食物以及栖息地等共同资源的竞争中，有优势的物种会导致其他物种的种群数量减少。
比如，科学家们一直密切关注着塞伦盖蒂草原的生物数量，在历史统计的过程中他们发现，从1961年开始，随着牛瘟病毒的逐渐消失，角马和水牛的死亡率大幅下降，随之而来的，是它们数量的突然暴增。水牛在1961年只有1.6万头，4年后就增长到了3.7万头，11年后则超过了5.8万头；角马的增长更明显，从1961年的20多万头，增长到12年后的77万头，到了16年后达到了140万头。角马和水牛数量的迅速增长，也影响到了其他很多种生物。
它们吃草，所以塞伦盖蒂草原的草量大幅减少，原来的草可以长到50-70厘米，之后就只能长到10厘米了，更矮的草让阳光和养分能惠及其他种类的草本植物，这些植物催生了更多种类的蝴蝶群落；同时，以草为生的蚂蚱数量锐减，种类从40多种降到了10多种；汤氏瞪羚和角马的食性相似，所以在竞争之下数量也大幅降低，从1973年的60万只降到了1977年的30多万只。
我们看出在这个案例里面，角马就是优势物种，它的种群数量多了，就带来了更大的竞争压力，最终导致小到蚂蚱、大到汤氏瞪羚很多物种数量的减少。
4、体量法则
个头大小会影响调节模式。动物的个头大小，决定了它们的种群数量在食物网中被调节的机制。小型动物受捕食者调节（自上而下），而大型动物受食物供应的调节（自下而上）。
比如，大草原上最顶级的食肉动物就是狮子，不过面对重达好几吨的河马、犀牛和大象，就算是狮群也不敢轻举妄动。研究者们发现，在草原上成年动物的体量和它被捕食的概率之间有着强烈的相关性，其中150公斤是一条明显的分界线。
体重小于150公斤的物种，数量基本被捕食者控制，而150公斤以上的大型动物就很少受捕食者的影响。比如像体重18公斤的侏羚和120公斤的转角牛羚，大多都命丧捕食者之口。但对于大型动物来说，比如水牛，它们就很难被食肉动物捕食。至于长颈鹿、犀牛、河马和大象这些巨型动物，成年后被捕食的概率基本为0。
动物的个头大小决定了它们的种群数量在食物网中被调节的机制，小型动物受捕食者自上而下的调节，大型动物受食物供应自下而上的调节。也就是说，小型动物的数量取决于捕食者的数量，而大型动物的数量则取决于食物的数量。
5、密度法则
一些物种依靠它们自身的密度进行调节。一些动物种群的数量是通过密度制约因素进行调节的，这些因素有稳定种群规模的倾向。
比如，角马这种数量特别庞大的生物，就会进行自我调节。研究者们通过分析角马的种群密度和增长率之间的关系发现，种群密度小的时候，增长率比较高，反之当种群密度大的时候，增长率会变低，最终导致负增长率。里面的原因很多，比如群众竞争变得更激烈，传染病更频发等等。也就是说，种群数量的增长率会受到自身种群密度的制约。
这实际上就是密度法则，即：一些动物的种群数量，是通过密度制约因素来调节的，这些因素有稳定种群规模的倾向。
6、迁徙法则
迁徙导致动物数量增加。迁徙行为通过增加食物的可获得性（减少自下而上的调节），以及减少被捕食的概率（减少自上而下的调节）等方式，来增加物种数量。
前面我们在说竞争法则的时候说，角马和水牛快速增长之后，角马达到了77万头，而水牛只有大约6万头，二者的数量相差了十几倍。那这里面有什么特殊原因吗？一个原因是水牛的体积更大，但更重要的原因是，水牛没有角马的那种迁徙行为。
迁徙本质上是逐水草而居，可以解决食物短缺的问题，而且因为捕食者要哺育幼崽，往往无法迁徙，所以迁徙还可以给角马带来安全保障。
最后的话：
在塞伦盖蒂草原上，动物的地位并不平等，关键物种的作用举足轻重，它们的影响会向下延伸至更多的营养层级。同一营养层级的物种，也会为生存而相互竞争。
然而，分子层面和生态系统中的调节都遵循着同样的普适逻辑——正向调节、负向调节、双重负向调节和反馈调节机制无处不在。我们只有遵从生命的法则，才能修复被破坏的生态环境，共建美好家园！
