生命的法則-讀書筆記
作者肖恩·B·卡羅爾，獲獎無數的科學大家，美國國家科學院院士、美國藝術與科學院院士、威斯康星大學分子生物學和遺傳學教授、富蘭克林生命科學獎獲得者。與愛德華•威爾遜、奧利弗•薩克斯和理查德•道金斯等人齊名的科普大師，劉易斯•托馬斯科學寫作獎得主。霍華德·休斯醫學研究所科學電影製片人，所拍攝的科學短片和教育素材供成千上萬的學生免費使用。
卡羅爾發現，微觀和宏觀生命系統之間的區別其實只是表面上的，它們的本質規律是相同的，所以由此為靈感寫下了這本書，同時總結出了適用於地球上任何生態系統的法則——「塞倫蓋蒂法則」。本書告訴我們，在複雜的生命現象背後，規律只有兩個字——「穩態」。
什麼是生命的法則
生命系統分為不同等級，最低等級的生命系統是細胞，越往上就越複雜，依次是組織、器官、個體、種群、群落、生態系統和生物圈。不同等級的生命系統給我們的印象往往完全不同，作者認為，世間所有生命系統不論體型大小，都受到一條相同法則的制約，也就是「生命的法則」，所有的生命形態都是穩定存在的。這種穩態保證了生命體受到巨大外力衝擊的時候仍然保持完整，不致面臨被損壞、被肢解甚至被毀滅的命運。
比如，正常狀態下，人血液的酸鹼度是恆定的，ph值穩定在7.4左右，這個7.4的ph值就是穩態。如果降低到6.95，人就會昏迷甚至死亡，如果上升到7.7，人就會抽搐和癲癇。我們平時健健康康的，既不昏迷也不抽搐，就是因為人體依靠着神經系統和內分泌系統自動進行的各種反應，在想方設法地維持血液穩定的ph值。
各個層次的生命系統，不管是生物體體內的微觀層面，生物個體的中觀層面還是地球生態這種宏觀層面，它們的運轉都要遵循生命的法則，離不開穩態的調節。本書總結出了一條適用於各個層面生態系統的法則，找到了它們共同的邏輯，這樣就能讓我們對生物學整個學科，有一個更全面的把握。現在我們可以看出，生命法則的核心是穩態，那生命系統平時是怎麼來維持穩態的呢？作者把維持穩態的機制總結成了四種調節方式，分別是正向調節、負向調節、雙重負向調節和負反饋調節。
正向調節
正向調節說的是一個參數A發生變化，會讓另一個參數B發生相同方向的變化。比如，草原上草的數量多了，就會促使羊的數量變多，在這裡草對羊就是正向調節。
負向調節
負向調節就是調節的方向反過來，比如狼的數量多了會導致羊的數量減少。
雙重負向調節
雙重負向調節說的是參數A負向調節B，B又負向調節C，就好比狼的數量多了，羊就減少，羊少了就會進一步促進讓草變多，狼對草就是雙重負向調節。
負反饋調節
負反饋調節，A正向調節B，B太多之後會反過來抑制A，就像草原上草讓羊的數量變多，但羊要是變得太多了，就會反過來把草吃光，羊對草就是負反饋調節。這四種調節方式，時時刻刻地維持着所有生命系統的穩態，不光是羊和草，小到人體內的各種細胞和分子，大到地球生物圈，也都是通過這四種調節方式來維持穩態的。在大多數情況下，這種穩態維持機制可以運轉良好，但如果遇到特殊情況、穩態被破壞，那就會出現各種問題。那該怎麼辦呢？那就是恢復穩態。
比如，美國生理學家沃爾特·坎農，他在一戰戰場上救治傷員時發現，休克病人血液中的碳酸根離子濃度比正常人低，這就表明病人的血液比理論值偏酸性，而且血液越是偏酸性，血壓就會越低，休克症狀就越嚴重。在坎農以前，人們沒法治療嚴重休克，病人的血壓一旦降低到五六十毫米汞柱，那基本上就沒得救了。但坎農發現了一種有效方法，非常簡單，休克病人血液里碳酸根濃度既然偏低，那就給病人直接注射碳酸鈉，碳酸鈉呈鹼性，能提高血液的ph值，坎農通過這種方法，強行恢復病人體內的正常穩態，效果出奇得好。之後沒多久，這種處理方法就成了醫學界的標準，挽救了無數休克病人的生命。
什麼是塞倫蓋蒂法則
作者總結出了一系列解釋宏觀生態系統運行規律的法則——塞倫蓋蒂法則。什麼是塞倫蓋蒂法則？塞倫蓋蒂這個名字，來自於非洲坦桑尼亞和肯尼亞交界處的塞倫蓋蒂大草原。作者本來是一名分子生物學家，但一次在塞倫蓋蒂大草原的旅遊經歷震撼了他，給了他發現生態系統運行規律的靈感。為了紀念這一點，卡羅爾把這一系列的六條法則，命名為塞倫蓋蒂法則。而且它適用於全球任何一個生態系統。我們分別來看一下這幾條法則。
關鍵物種法則
眾生並不平等，「關鍵物種」的影響更大。某些物種對其生物群落的穩定性和多樣性具有重大影響，而且影響程度常常與它們的生物數量並不匹配。關鍵物種的重要性體現在它們的影響程度，而不是它們在食物鏈中所處的層級。
影響力法則
關鍵物種通過「多米諾效應」對食物鏈中低營養層級的物種產生重大間接影響。食物網上的一些物種可以自上而下地產生重要影響，而且影響程度常常與它們的絕對數量並不匹配，這種影響會波及整個生物群落，並間接影響低營養層級的物種。
一種生物的數量到底是由誰來決定的？原來的生態學家們一直認為，一種生物的數量，一般是由食物鏈中更低層級的生物決定的。食物鏈層級的高低取決於捕食關係，捕食者是高層級，被捕食者就要低一級，比如狼就是高層級，羊就是低層級。低層級生物的數量可以決定高層級生物的數量，但仔細一想，好像不是那回事兒，比如草原上的狼一般不會把所有的羊都吃完，羊沒有被吃完，狼的數量就被穩定住了。這就表明，在這裡高層級生物的數量不是由低層級生物決定的。那到底是什麼因素決定的呢？我們來看一個實驗，理解一下這兩個法則。
美國生物學家羅伯特·潘恩曾經做過一個實驗，他找了海邊一塊沒有人類活動痕跡的礁石。這塊礁石上有個微型生態系統，上面有海星、蝸牛、蚌類、藤壺和海藻等海洋生物，其中海星和蝸牛是這片礁石上的捕食者，藤壺、蚌類等生物都是它的美食，而蚌類和藤壺又以海藻為食。潘恩的研究方法是移除觀察法，就是把礁石上的海星撬起來扔到海里，移除這種捕食者，看看接下來會發生什麼。實驗結果出人意料，在移除捕食者後不到一年的時間裡，被捕食者們並沒有過地更好，反而大量消失，這片礁石上的種群豐度從15種降到了8種；實驗進行5年之後，礁石上的所有空間都被蚌類占據，其他生物全部消失。也就是說，原來在這片礁石上，海星不是大多數生物的壓迫者，反而是拯救者，它通過控制蚌類的數量，維持了整個系統的平衡。這個實驗證明了，捕食者在食物網中可以自上而下地調節其他物種的數量。蝸牛也是捕食者，但蝸牛的存在不能抑制蚌類的擴張，只有海星才能。
競爭法則
對共同資源的競爭，導致了一些物種的種群數量減少。在對空間、食物以及棲息地等共同資源的競爭中，有優勢的物種會導致其他物種的種群數量減少。
比如，科學家們一直密切關注着塞倫蓋蒂草原的生物數量，在歷史統計的過程中他們發現，從1961年開始，隨着牛瘟病毒的逐漸消失，角馬和水牛的死亡率大幅下降，隨之而來的，是它們數量的突然暴增。水牛在1961年只有1.6萬頭，4年後就增長到了3.7萬頭，11年後則超過了5.8萬頭；角馬的增長更明顯，從1961年的20多萬頭，增長到12年後的77萬頭，到了16年後達到了140萬頭。角馬和水牛數量的迅速增長，也影響到了其他很多種生物。它們吃草，所以塞倫蓋蒂草原的草量大幅減少，原來的草可以長到50-70厘米，之後就只能長到10厘米了，更矮的草讓陽光和養分能惠及其他種類的草本植物，這些植物催生了更多種類的蝴蝶群落；同時，以草為生的螞蚱數量銳減，種類從40多種降到了10多種；湯氏瞪羚和角馬的食性相似，所以在競爭之下數量也大幅降低，從1973年的60萬隻降到了1977年的30多萬隻。
我們看出在這個案例裡面，角馬就是優勢物種，它的種群數量多了，就帶來了更大的競爭壓力，最終導致小到螞蚱、大到湯氏瞪羚很多物種數量的減少。
體量法則
個頭大小會影響調節模式。動物的個頭大小，決定了它們的種群數量在食物網中被調節的機制。小型動物受捕食者調節（自上而下），而大型動物受食物供應的調節（自下而上）。
比如，大草原上最頂級的食肉動物就是獅子，不過面對重達好幾噸的河馬、犀牛和大象，就算是獅群也不敢輕舉妄動。研究者們發現，在草原上成年動物的體量和它被捕食的概率之間有着強烈的相關性，其中150公斤是一條明顯的分界線。體重小於150公斤的物種，數量基本被捕食者控制，而150公斤以上的大型動物就很少受捕食者的影響。比如像體重18公斤的侏羚和120公斤的轉角牛羚，大多都命喪捕食者之口。但對於大型動物來說，比如水牛，它們就很難被食肉動物捕食。至於長頸鹿、犀牛、河馬和大象這些巨型動物，成年後被捕食的概率基本為0。
動物的個頭大小決定了它們的種群數量在食物網中被調節的機制，小型動物受捕食者自上而下的調節，大型動物受食物供應自下而上的調節。也就是說，小型動物的數量取決於捕食者的數量，而大型動物的數量則取決於食物的數量。
密度法則
一些物種依靠它們自身的密度進行調節。一些動物種群的數量是通過密度制約因素進行調節的，這些因素有穩定種群規模的傾向。
比如，角馬這種數量特別龐大的生物，就會進行自我調節。研究者們通過分析角馬的種群密度和增長率之間的關係發現，種群密度小的時候，增長率比較高，反之當種群密度大的時候，增長率會變低，最終導致負增長率。裡面的原因很多，比如群眾競爭變得更激烈，傳染病更頻發等等。也就是說，種群數量的增長率會受到自身種群密度的制約。
這實際上就是密度法則，即：一些動物的種群數量，是通過密度制約因素來調節的，這些因素有穩定種群規模的傾向。
遷徙法則
遷徙導致動物數量增加。遷徙行為通過增加食物的可獲得性（減少自下而上的調節），以及減少被捕食的概率（減少自上而下的調節）等方式，來增加物種數量。前面我們在說競爭法則的時候說，角馬和水牛快速增長之後，角馬達到了77萬頭，而水牛隻有大約6萬頭，二者的數量相差了十幾倍。那這裡面有什麼特殊原因嗎？一個原因是水牛的體積更大，但更重要的原因是，水牛沒有角馬的那種遷徙行為。遷徙本質上是逐水草而居，可以解決食物短缺的問題，而且因為捕食者要哺育幼崽，往往無法遷徙，所以遷徙還可以給角馬帶來安全保障。
在塞倫蓋蒂草原上，動物的地位並不平等，關鍵物種的作用舉足輕重，它們的影響會向下延伸至更多的營養層級。同一營養層級的物種，也會為生存而相互競爭。然而，分子層面和生態系統中的調節都遵循着同樣的普適邏輯——正向調節、負向調節、雙重負向調節和反饋調節機制無處不在。我們只有遵從生命的法則，才能修復被破壞的生態環境，共建美好家園！
