无论在人类的社会还是自然生物系统中,近代的研究发现合作行为可能是个体间相互作用的基本形式之一。英国科协主席Robert May在2005年的任职演说中,将生物进化过程和人类的社会学中合作关系演化及其系统维持列为进化生物学或社会科学中最为重要的、未被解决的科学问题。从上世纪60年代陆续提出的群选择理论、亲选择理论以及互惠选择等理论认为,由于合作双方之间存在亲缘关系、利益互换或群体间竞争等因素,个体选择合作的策略将总是比其它任何策略的收益都高。然而,后来的试验与观测发现:在几乎所有的合作系统,合作双方实际都存在冲突或竞争,部分个体将会采取欺骗的策略,甚至演化为系统的寄生者。上述经典理论因而无法解释合作系统普遍存在的冲突或投机现象。

  中国科学院昆明动物研究所研究员王瑞武和云南大学数学系教授李耀堂、博士研究生贺军州等在2004年的Nature上发表模型的基础上,将经典的鹰-鸽博弈从对称性转化非对称性后,模型惊奇地发现:合作双方的非对称性程度越高,双方的合作频率也将越高。系统中优势方通过对投机的惩罚而奖励诚实合作者,从而维持合作系统地局域稳定性。优势方对合作方或劣势方的惩罚可信性将依赖于合作方从该系统退出成本大小或扩散到其它系统的可能性。其分析发现:经典合作理论与实际观测结果之间的悖论可能是由于经典理论对称性的前提假设不合理所致,现实的合作系统可能是从一个对称性系统演化而来。该理论模型将发表在近期的《中国科学》中。

  该研究团队同时以著名的榕树-榕小蜂之间的合作为模式系统对该思想进行了验证。其实验结果发现:经典的基于对称思想,认为生态位分化维持合作或生态系统稳定性的理论可能是不可信的。其实验结果显示:合作系统内的投机者或寄生物种完全会导致合作的个体或物种灭绝,从而导致榕树与传粉小蜂之间合作关系的解体。然而,投机或寄生物种过度增长又将导致植物惩罚,从而又会致使投机或寄生物种的灭绝,诚实合作的个体或物种又从其它种群中扩散过来,重新建立其种群。当诚实合作者种群数量得以建立并扩张后,投机或寄生者的又可以在合作系统中得到扩散,整个生态或合作系统将通过上述非对称性的相互作用而出现扰动,系统也将通过其内部个体间的非对称性相互作用而维持其合作关系的局域性稳定。

  该研究结果同时表明,生态学中“岛屿”效应可能通过物种的非对称性相互作用而产生。在生态学理论中,Preston在1962年提出“岛屿”理论后,普遍认为“岛屿”效应只能通过空间异质性产生,此项研究结果表明:物种的相互非对称性相互作用也将会导致物种的局域性灭绝,物种分布将因此在某些局域环境的出现“真空”的“斑块”,其它局域或斑块的物种从而迁徙过来填补其分布的空白,合作系统通过物种的非对称性相互作用产生“岛屿”或“斑块”效应,通过“岛屿”或“斑块间的相互移动实现物种间相互关系的混沌性扰动。而这一重要的“岛屿效应”产生机制在过去的生态学研究中完全被忽略了。

  该研究结果于2010年5月发表在国际著名杂志Ecology上。这一实验结果由王瑞武及其硕士研究生孙宝发和郑琪合作完成。该项研究结果是对老庄哲学思想的一次科学的诠释:任何一个物种或个体的过度增长或扩张反过来将会导致自身灭绝或种群减少。“祸兮福之所倚,福兮祸之所伏”,或“乐极生悲,否去泰来”的思想在生态系统得到验证。

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