由物理学进入生态学
罗伯特·梅(Robert McCredie May,1936—2020)是澳大利亚出生的理论生态学家,早年研究物理学,后来把数学分析用于种群动态和多物种系统。他1959年在悉尼大学完成超导理论博士研究,1973年至1988年在普林斯顿大学任动物学教授,随后转至牛津。
这种跨学科路径并不意味着把生物当作没有差别的粒子。梅的重要工作,是选出可以明确检验的假设,再追问这些假设在数学上究竟推出什么,而不是仅凭“自然越复杂就越稳固”的直觉判断。
复杂性与局部稳定
1972年《大型复杂系统会稳定吗?》考察多个种群在平衡点附近受到小扰动后的表现。种群偏离量组成向量,种间作用写入矩阵;如果矩阵全部特征值的实部为负,小偏离便会衰减。这种局部稳定不是生产力高、物种永不灭绝或面对任意灾害都能恢复的同义词。
梅先令各物种单独存在时能够恢复,再随机加入正负相互作用。模型分析把物种数、连接比例和作用强度联系起来,显示在所设随机系统中,连接过密或作用过强会降低稳定机会。随机性用于选定作用系数,选好后的模型动态仍是确定的。
因此,这不是对所有真实食物网作出的普遍判决。自然系统的作用符号、强度和分组结构并非任意抽签;原文也讨论了将相互作用组织成不同区块可能改变稳定性。
参考:[2]
简单规则也能产生复杂波动
1976年的综述转向离散世代种群,以本代数量决定下一代数量。例子 x(t+1)=a x(t)(1−x(t)) 中,x是缩放后的种群变量,a控制增长和非线性反馈的强度。它是示范模型,不是所有物种共享的生命公式。
改变参数可使稳定平衡转为两周期、四周期等倍周期变化,并在某些范围出现混沌。于是看似无规则的数量起伏,不一定全由随机天气或测量误差造成;确定的内部反馈也可能产生类似表现。梅同时提醒,把真实种群的多种环境联系压缩为几个常数,会损失生物学细节,应用必须对照资料。
参考:[3]
从理论研究到科学咨询
1988年梅到牛津后,皇家学会研究教授职位由牛津与帝国理工学院共同承担。他与罗伊·安德森合作,将生态建模用于传染病研究;两人的合作贡献不应化约为梅一人的成果。
梅还于1995年至2000年担任英国政府首席科学顾问,2000年至2005年任皇家学会会长。学术与公共职位是不同层面的工作:前者提出和检验模型,后者则需要把科学判断带入公共决策。其生态学遗产尤其在于说明复杂现象可以源于简单规则,而简单结论必须受假设范围约束。
参考:[4]