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从白蚁女王到碳循环，大自然知道如何避免网络崩溃。人类设计师应该注意
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从白蚁女王到碳循环，大自然知道如何避免网络崩溃。人类设计师应该注意
大自然是出了名的、光荣的复杂。但情况并非总是如此。当地球年轻时，物理学占主导地位。蒸汽从巨大的火山喷出，渗入裂开的表面，将我们的星球变成了一团被海洋覆盖的物质，在黑暗中盘旋。控制海洋中从蒸汽到水的相变的物理学在今天和 45 亿年前一样正确。只要温度和气压允许，任何星球上的气体都会随时变成液态。那时和现在一样，物理定律是可预测的和直接的。
但是，那次命运般的相变所带来的生命史并没有沿着如此简单的轨迹发展。它数十亿年的进化违背了简单的规则和可预测的结果。大自然变成了一个复杂的系统，一个由无形联系组成的纠缠网络。随着自然界的复杂性增加，它带来了扩张的机会，但也带来了毁灭的可能性。幸运的是，随着每个问题的出现，都会发展出一种策略来克服它。
我是斜杠青年，一个PE背景的杂食性学者！♥致力于剖析如何解决我们这个时代的重大问题！♥使用数据和研究来了解真正有所作为的因素！
我们日益城市化的世界现在在联系性和复杂性方面可与热带雨林或珊瑚礁相媲美。远距离种植的食品通过复杂的供应链到达消费者手中。水被抽水和输送，而废物被分流走。信息以 互联网的速度在世界各地流动。暴风雨可以提高价格并在很远的地方引起骚乱。病毒可以在几天内传播到世界各地。
事实上，地球上的生命和现代文明都存在一些基本问题。他们需要在灾难中坚持不懈，并从不可避免的跌倒中恢复过来。它们都依赖于动态网络来移动材料和能源。在整个系统中反弹的意外事件造成的破坏是一个永远存在的危险。两者都依赖于需要协调其行动的个人的集体行动。
大自然表现出一种非凡的能力，可以利用所有这些复杂性的好处，同时避免其危险。我们的问题是，人类缺乏自然界在灾难中坚持不懈的经验。我们没有剧本来应对超连接世界带来的所有不确定性。然而，进化本身的适应性和自然界发展出的奇特策略提供了意想不到的生存途径，现在对我们来说至关重要。
在地球 45 亿年历史的前 10 亿年中，一个细胞是在液态水中炖煮的原始化学物质中出现的。在那一刻，早期地球可预测的化学和物理学让位于沸腾、翻腾的复杂性。原始生命在深海中蓬勃发展，水下火山在那里散发热量并将化学物质混合物泄漏到海水中。一旦生命开始，地球的进程和它所支持的生命就变成了一个单一的、相互交织的系统。地球相互作用的海洋、大气和生命发展成所谓的复杂适应系统，用研究此类现象的科学家的命名法来说。一旦其部件连接起来并能够对周围环境做出反应，因果反馈回路就允许系统不断调整。
在大约 10 亿年的时间里，简单的细菌主宰着生命——通过从硫化氢中提取氢气并将其与来自太阳或深海喷口的碳和能量结合来产生糖。然后，细菌生存策略的转变引发了级联反馈，改变了随后所有生命的进程。细菌不仅可以从沼泽或海洋中的硫化氢中提取氢气，而且有些细菌现在扩大了它们的用途，利用水中的氢。他们可以生活在任何地方，只要那里有水和来自太阳的能量。这种效果回荡成蓝绿藻，改变了大气层。
由于氧气是蓝绿藻从水中提取氢气的能力的副产品，大约 25 亿年前大气中的氧气含量就已经积累起来。那些习惯了低氧条件的细菌撤退到没有空气的死水中，但整个生命克服了这个问题并繁荣起来。由于大气中的氧气保护它们免受太阳的有害辐射，光合作用植物茁壮成长。在数十亿年的时间里，海绵、珊瑚和水母在海洋中繁衍生息，随后昆虫、爬行动物、恐龙、哺乳动物和其他动物在陆地上繁衍生息。
多样性是人类抵御气候变化不确定性的保险
生命形式的激增既带来了问题，也带来了机遇。许多种类的生命都无法在太空的轰炸和火山喷发造成的气候波动中幸存下来。大约 2.5 亿年前，来自巨大火山的灰烬和气体阻挡了阳光，并摧毁了大多数生命形式，包括三叶虫、珊瑚和其他海洋生物。另一场潜在的灾难发生在大约 6600 万年前，当时一颗彗星与地球相撞。巨大的碰撞将尘埃喷射到空中，再次阻挡了太阳的能量。许多生物没有幸存下来，包括几乎所有的恐龙。但地球复杂的适应系统内的生命范围意味着一些生物可以适应并且生命持续存在。如果没有生命形式的多样性、生命形式中的物种多样性以及物种中个体的多样性，地球上的生命可能无法在 2.5 亿年前、6600 万年前或整个地质历史上任何其他时期恢复，当生存主义的冲击威胁到生命本身时。
多样性拯救生命的好处不仅适用于古老的生命形式。在当今时代，多样性是人类抵御气候变化不确定性的保险。虽然我们的食物供应越来越依赖于少数作物物种的同质炖煮，但大自然的经验表明，保持多样性的活力是明智的。该原则不仅适用于人类食用的植物和动物，也适用于现代世界视为过时的语言、世界观、文化和知识形式。在金融领域，“投资组合多样性”的好处是众所周知的，而工程领域的“设计多样性”通过为同一功能创建略有不同的部分来创建故障安全机制。对种子库的投资和对非西方思维方式价值的认识表明，我们正在慢慢吸收使进化论克服不可避免的灾难的原则。
一个除了恐龙之外，大自然的适应能力为人类文明提供了另一个信息。哺乳动物是彗星引发的悲剧的赢家。早期的哺乳动物形式是相对大脑较大的生物，在恐龙时代游泳、攀爬和挖洞。哺乳动物的时代起源于大约 8 亿年前，当时大气中丰富的氧气引领了一种新的生命策略——通过食用植物获取能量，而不是从太阳吸收能量。动物可以利用从空气中吸入的氧气从消化的食物中释放可用的能量。新的植物性饮食策略为动物带来了活动能力，这与需要从土壤中获取营养的有根植物不同。这就是动物能够满足维持大脑的丰富能量需求的原因。
冷血海绵、水母、扁虫和蛔虫、鱼类和爬行动物统治了动物王国数亿年。他们的策略是根据周围环境调整体温，从而有效利用能量。他们晒太阳或躺在热岩石上取暖。到了晚上，当温暖的来源消失时，他们只是放慢速度以节省能源。难怪蛇和其他冷血动物只需要每隔几个月或一年吃一次。
也许在大约 2.5 亿年前，我们星球存在的时间相对短暂，另一种策略进化了。温血动物，即鸟类和哺乳动物，进化到使身体保持恒定温度——这一过程称为体内平衡。他们在原始效率中损失的，他们在来自这个内部恒温器的峰值电池性能中获得的。温血动物可以寻找食物、保护自己并在夜间保持活跃，而如果温度太热或太冷，冷血动物就会被困住。
温血动物的一个权衡是产生热量以缓冲温度波动所需的能量，无论是白天到黑夜、季节还是地方到地方。温血动物需要比冷血动物吃得更多、更频繁，以保持体温稳定。他们需要方法将体温保持在足够稳定的水平，以便细胞发挥作用，并防止每餐血糖过高或两餐之间血糖过低。
维持体内平衡的内置机制对我们的星球及其居民至关重要
尽管存在问题，但进化论并没有消除温血实验。优点超过了耗能和需要体内平衡的缺点。相反，自我纠正的负反馈循环使细胞免受温度波动的影响，并防止血糖飙升。在人类中，如果温度过高，皮肤上的传感器会向大脑发送信息，大脑又会向汗腺发送信息以产生汗液。汗液从皮肤上蒸发后，我们的体温会下降，直到传感器发出信号来阻止汗腺。如果温度太低，大脑会向肌肉发送信号使其颤抖，而摇晃会产生热量。大脑提供了一个自我调节的恒温器，它会不由自主地打开和关闭汗腺和颤抖的肌肉，以防止我们过热或冻结。同样，我们身体的复杂系统将血糖保持在范围内。饭后，当血糖高时，胰腺会排泄胰岛素，将糖分运送到细胞，帮助肝脏将它们从循环中排出。当血糖低时，另一种酶会接管工作，将储存的血糖释放回血液中。该循环在自我调节系统中振荡。
大自然克服温血动物陷阱的策略说明了任何复杂适应系统的关键策略——无论是管理动物体内营养物质、血液和酶流动的器官，还是生物圈、大气和固体地球之间的能量和营养物质的全球交换。自我纠正、维持体内平衡和保持适合生命生存条件的内置机制对我们的星球及其居民至关重要。
在地球尺度上，同样的体内平衡跷跷板将大气中的温室气体水平保持在安全范围内数百万年。植物从空气中吸收碳。当植物死亡和腐烂时，碳会回到大气中。在更长的地质时间尺度上，火山将二氧化碳喷回大气中。当溶解在雨滴中的碳返回地球时，微小的海洋生物用它来制造碳酸钙外壳，这些碳酸盐最终在动物死亡并沉入海底后沉入地球深处。通过这个过程，二氧化碳最终会回到大气中，从数百万年前的来源。这种维持体内平衡的循环是我们星球气候相当稳定的秘密。没有它们，地球将像火星和金星看起来一样不适合生命生存。
保持稳态保持在安全范围内是不可预测、复杂系统持续存在的基础。这个原则也适用于人类社会。一种形式是熔断机制，在崩盘导致经济崩溃之前阻止股市暴跌，这是金融监管机构在 1987 年 10 月 19 日黑色星期一崩盘后引入的。在 COVID-19 大流行开始时的市场崩溃期间，熔断机制最近受到了考验。然而，很少有人会认识到它与全球碳循环或将我们困在安全护栏内的颤抖和汗水的相似之处。
他的适应能力允许动物间接地从植物中获取能量——而不是直接从阳光中获取能量——为双方带来了可能性和问题。植物现在除了风和水之外，还有其他选择来传播种子。开花植物可以利用花蜜的诱惑让蜜蜂、鸟类和蝴蝶繁殖。移动昆虫和鸟类的翅膀和脚可以将雄性花粉从花内部输送到雌性胚珠。中介匹配使植物的种子受精，这是固定植物无法自行完成的任务。因此，植物发展出鲜艳的颜色和形状来吸引传粉者。
类似的策略出现在结果丰富的灌木和树木中，以吸引鸟类、啮齿动物、蝙蝠、蜥蜴和其他喜欢水果的动物。动物吃掉种子和水果多汁的果肉，并将种子撒在它们排便的地方。灌木和动物开始相互依赖。
这些新的协同策略为生活带来了另一个层次的复杂性。依赖关系网络意味着总和大于部分。传粉者和种子传播生物获得了花蜜和美味水果的优势。开花植物和结果灌木获得了共生伙伴来帮助繁殖。每个人都受益。另一方面，如果网络中的对应物死于疾病或捕食者，它们或它们的后代都可能灭亡。
网络——无论是将花粉运送到胚珠、通过肠道分发种子，还是通过大脑输送血液——都为生命开辟了新的选择。但它们也带来了风险。当网络的某一部分中断时，故障可能会级联并导致灾难。如果开花植物和为其种子施肥的传粉者之间的联系中断，双方都会错过。花没有传播种子，传粉者也没有花蜜。这种影响会回荡到其他依赖植物果实的动物的食物来源，以及吃掉这种动物的捕食者。
就像克服温血动物挑战的自我调节机制一样，在自然界的经验中，网络的优势大于其风险。在没有意图或设计的情况下，大自然进化出了补偿和最小化系统性崩溃可能性的方法。植物物种很少依赖单一的传粉媒介物种来运送其种子。传粉媒介物种也不依赖单一植物物种来提供花蜜。例如，兰花依靠 21 种不同种类的飞蛾和 24 种蝴蝶来携带花粉，而不是单独使用任何一种。
网络的阴阳为人类构建的世界提供了大自然最重要的一课
植物传粉者、种子传播者和食物网网络的结构为防止级联失败提供了另一种优雅的保险。依赖较少伙伴的专业物种（例如只以向日葵为食的向日葵蜂）与通才物种（例如蜜蜂）具有不同的策略，后者对植物伙伴并不那么挑剔。特化物种往往依赖于少数多面手物种。多面手物种往往依赖于大量的专业物种。这种网络结构意味着，在遇到糟糕的年份或其他问题时，专业物种通过与有很多选择的多面手物种合作来获得一些保险。对于一个多面手物种来说，如果一个专业物种退出了网络，其他物种就可以完成这项工作。这种互惠互利的安排避免了专家-专家对中危险的单一采购，或通才-多面手对中低效的多源采购。
大自然不仅依赖网络来移动花粉、种子和食物。在叶子中，微小的微小叶脉网络将水从土壤输送到叶子上。叶脉将光合作用细胞产生的糖分带回植物的茎、根和其他部分。叶脉网络的进化是为了避免如果昆虫撕裂或叮咬切断叶脉时单点失效的危险。冗余网络在整个叶子中循环，在发生灾难时有许多选项可以路由水和糖。该策略在建造矿脉的能源和材料方面有成本。但 演变 的经验表明，这种投资是值得的，以弥补网络的缺点，同时从优势中受益。
网络为生活在群落中的物种带来了特殊的优势和危险。群体生活提供了另一个例子，即总和大于复杂系统中的部分。一个社会群体可以防范捕食者，分担寻找食物、消除浪费和抚养幼崽的责任。白蚁可能是最早采用大型群体生活社交网络策略的物种：它们可能是大约 1.7 亿年前从蟑螂进化而来的，其巨大优势是它们可以消化大量木材中的纤维素。它们的群落数量可以达到数百万只。成员们有专门的任务，包括搬运废物、照顾幼崽和觅食。
尽管有好处，但在蜂群中近距离的独特问题是疾病的潜在传播。然而，群居昆虫很少屈服于流行病。不知何故，如果病原体进入蜂群，巢友知道为了蜂群的利益而采取行为——带走病蜂和对巢穴进行消毒。受感染的成员会自愿离开巢穴。群落伙伴还战略性地调整他们的社交网络。通过切断社会集群之间的交流，它们阻止了病原体的传播。
网络的阴阳也许为人类构建的世界提供了大自然最重要的一课。没有贸易网络和信息流，现代文明就无法运作。对冗余的投资，在网络内有多条路线，是有回报的，就像它们对环形叶脉和植物传粉媒介伙伴所做的那样。由于城市世界的大部分地区都依赖于遥远地区种植的食品，随着食品价格上涨，单一来源网络的影响会反弹到地缘zheng治中。COVID-19 大流行挤压了运送食品和设备的供应链，使这一教训成为人们关注的焦点。
除了疾病的传播之外，生活在 Olony 的白蚁还有另一个问题需要解决，这与人类文明同样相关。工蚁是盲的。但他们设法建造了非凡的白蚁丘尖顶，这些尖顶可以比高大的人类还高，有复杂的年轻白蚁房间、真菌花园、冷却口、地下隧道和国王和王后的皇家房间。尽管用词不当，但女王没有能力为该结构制定建筑计划或指导每个工人将泥土运到正确的地方。进化论的另一个奇迹是社会物种能够在没有中央机构协调或预先计划设计的情况下进行自我组织的能力。
蚁后白蚁会释放信息素，以便工人们可以感觉到从哪里开始施工。一名工人将土壤颗粒与唾液混合，用下颌骨揉捏，然后将颗粒丢弃在现场。唾液中含有一种信息素，可以向其他工人发出信号，让他们放下颗粒，进而提醒其他工人将颗粒放在同一位置。一旦工蚁将颗粒添加到堆中，它就会在同事留下的信息素的引导下返回以获取更多的土壤。工人们将越来越多的颗粒掉落在不同的建筑工地上，直到材料耗尽。结果是一堵厚厚的墙，顶部有尖顶。没有建筑师来绘制蓝图，也没有承包商来指导施工，当每个人都遵循其信息素追踪和信息素沉积的本能时，这个结构就会出现。控制这些行为的遗传密码是一个我们尚未揭开的谜团。
大自然的悠久经验为我们如何在面对可能的灾难时取得胜利提供了经验教训
白蚁的自我组织能力说明了人类越来越意识到，人们有时可以自下而上地解决自己的问题。多产的科幻作家艾萨克·阿西莫夫 （Isaac Asimov） 以古罗马帝国为蓝本，写了银河帝国未来的衰落，他提出了这样的观点：可以说，银河帝国的中央控制战略并没有好结果。帝国因过度依赖外行星和远距离统治的复杂性而崩溃。在较小的规模上，社区自我组织起来，比遥远的当局发出命令更好地管理自己的森林、渔业和其他事务的例子说明了自然经验的力量。
人类社会和白蚁群之间的类比有其局限性。思想、道德和学问，而不是本能和信息素，塑造了人类文明。但是，抵消复杂适应性系统反弹危险的大自然策略——疾病可以传播，不可靠的伙伴可以瘫痪网络，意外的碰撞或火山爆发可以消灭以前成功的生命形式——应该能给我们一些指示。历史上的文明，从印度河流域到古罗马，再到美国西南部的阿纳萨齐，都面临着类似的难题。他们依靠庞大的网络和属地进行贸易，就像白蚁女王一样，统治者不能简单地指挥和控制遥远的土地。就像相互作用的生物圈、大气、海洋和固体地球一样，所有这些都使我们的星球宜居，人类社会符合复杂适应性系统的定义。
乍一看，人类设计的机构从大自然中汲取的教训似乎很荒谬。大自然对人类价值没有同情心或关心。人类社会照顾他们的病人、残疾和非生产性成员。人们追求目标，无论是个人还是集体。大自然除了每个人与生俱来的生存和繁殖愿望之外，没有其他目标。社会通过思想、规则和规范来发展和适应。但是，仔细思考，大自然的长期经验为我们如何在面对可能的灾难时获胜提供了经验教训。
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