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• 保持弹性在复杂系统
• 入侵对韧性的影响
• Resilience-embracing反应入侵
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关键词:上生物入侵、复杂系统、跨、生态系统管理、免疫系统、机构、弹性、规模。

发表:2001年6月18日

詹森(2001)提供了周到的刺激比较和考虑的范围的反应表现出免疫系统和生态系统的扰动,如生物入侵。它可能确实是信息考虑应对入侵的相似之处表现出免疫系统和生态系统。显然,这两种类型的系统共享一个通用和其他复杂的分层组织结构系统。他们的组织为这些系统提供了弹性。然而,当描述响应生态经济系统入侵,詹森强调人类经济的反应。我想扩展自己的比较关注如何保持弹性在复杂系统入侵的威胁。

免疫系统的反应。,the distributed system of immune cells that respond without central control, is only one part of a complex hierarchical system (the human body), and this response occurs at different levels in that hierarchy. Within a range of scale, there is a diversity of response types at the cellular level of individual immune system components, where different types of cells respond to slightly different insults in slightly different ways at slightly different speeds. This diversity of response within a scale occurs in ecosystems as well, where different types of immune cells are analogous to different species in ecological systems. Within a range of scale, some species compete with invaders for food or space, and others may prey upon them. Competition, predation, and other species interactions and functions occur in numerous forms across species. This diversity of response and function provides a robust check to a variety of invasions. Janssen's example of the I LOVE YOU virus shows how diversity—in this case, a diversity of e-mail software programs—prevented a global failure of computers and thus the Internet system. Those of us not using Microsoft Outlook as an e-mail program provided firewalls that stopped the spread of the virus. This within-scale response is complemented by a cross-scale response when an invasion "scales up."

在免疫系统在生态系统中,当病原体或扰动超过固有的级别的控制不同反应在一个规模,控制在更广泛的范围内被激活(彼得森et al . 1998年)。例如,当云杉蚜虫(Choristoneura fumiferana)疫情首先发生在北方森林,最初只有“小规模”鸟类如莺消耗蚜虫。然而,当食心虫开始增殖,其他小鸟开始使用它们(within-scale不同响应)。蚜虫密度增加和蚜虫聚集,较大的鸟类,如绿鹃和画眉,开始捕食它们。随着疫情的发展进一步和整个站的树木,最大的鸟类,如种捕食;食心虫现在代表一个聚合大规模的扰动。结合,功能的多样性在大小类的鸟类和跨尺度函数的冗余(大小类)提供强有力的和高度弹性控制蚜虫种群(1988年温和,彼得森et al . 1998年)。

慢和更广泛的反应入侵人体的病原体也发生。热是一种全系统响应是非常本地化的失败的回应。最慢的响应基因频率的变化发生在一代又一代和自然选择的结果。这种“跨尺度冗余”补充的多样性反应在一个规模。的一个例子来自免疫系统,局部感染(初期入侵)首先产生一个本地回应一些免疫细胞。如果响应是不成功的,更广泛的反应发生,免疫系统开始生产更多的免疫细胞。随着病原体入侵的发展,其他系统参与,可能开始颤抖。全系统的响应人类将涉及系统反应,如颤抖,并可能包括行为变化。生态系统响应以类似的方式,虽然没有紧急财产的行为。这种嵌套层次结构增加了弹性响应的复杂生态和人类系统大范围的侮辱,可以大致归类为入侵。

在生态系统中,入侵可能发生在一系列广泛的类与规模相关。他们可能被限制在一个范围的规模(在有限的身体大小类),导致韧性降低由于失去响应的一个规模进一步侮辱(假设函数并不是取代)。他们可能发生大规模破坏,甚至可能有高度可变性在平静的系统中,这可能会或可能不会导致失去弹性(Allen et al . 1999年)。他们可能会取代失去的物种(或过时的技术)以及它们的功能,例如,数字手机取代模拟手机,汽车代替了马,或土狼替换红狼(注意,一个真正的替代是不可能)。入侵者也可以代替最近灭绝或报告物种没有取代原来的功能,这也会导致失去弹性。例子包括火蚁取代许多本地蚂蚁,但不再进行传播种子的生态功能(zettl et al . 2001年),或商场取代社区普通商店没有恢复失去的社会功能。不是完全清楚的是,人类系统病原体的入侵可以出现在多个规模,虽然免疫系统的反应是多尺度。

人类和他们居住的生态系统之间存在着错综复杂的联系。生态和经济多样性驱动弹性human-ecological系统。如果human-ecological系统有着长期的历史互相适应,他们似乎自组织实现动态稳定状态反映了景观的局限性(伯克和Folke 1998)。由nonindigenous入侵物种或技术可以改变轨迹。

詹森对入侵的农林牧渔业的例子反应,即。入侵红火蚁的响应(火红蚁在美国东南部,描述了一个纯粹的人类经济的反应。并发响应,一个纯粹的生态反应发生。理想情况下,这两种工作,尽管通常人类经济响应与生态响应。大规模人类经济应对火蚁入侵是适应世界大战轰炸机和必要的设备以广播灭蚁灵诱饵放超过56 x 10⁶美国东南部1962公顷和注销登记在1978年由美国环保署(威廉姆斯et al . 2001年)。除了减少火蚁的数量,这种反应也必须减少了许多的蚂蚁的数量作为竞争对手的火蚁,并有可能加速了火蚁入侵和增加其影响的严重程度。相比之下,火蚁入侵的生态响应的特点是本地蚂蚁的觅食模式的变化,工会和官能团结构的变化,改变掠夺性和竞争关系。一个真正强大的反应将参与生态和人类经济系统的补充,而不是竞争的方式。

詹森说,弹性是影响系统是如何管理的。这是真的,但生态弹性取决于系统自组织以及他们管理多小啊!在这种情况下,我将管理定义为任何行动,减少变量的变化在一个变量或套件。韧性最高允许全方位的变化时,当一个系统可以根据自身的发展轨迹。因此,管理应该帮助一个系统开发在其自然的轨迹。

管理或免疫反应失败?系统恢复力超过了是什么时候?这些反应失败当入侵者太小说了,太快,或太丰富。他们失败当系统投入了太多错误的防御或不够多样化,或者当与系统响应不一致的轨迹,即:,当响应对系统的固有的“路径依赖”(Makse et al . 1995年)。入侵发生时他们也失败后系统之前已经威胁入侵者;在这种情况下,系统并不一定弹性,但反应太不知所措。长期解决生物入侵不涉及人类的管理,特别是通过化学手段,显然虽然偶尔可能需要求助于此。一般来说,这种“病态”的方法(Meffe温和1996)严格控制变化不仅是将来一定会产生灾难性的影响,但还包括短期机构记忆,防止记忆进化的生态系统。人类和人类机构不仅在农林牧渔业的代理人控制系统。他们也组件生态系统本身,即其自组织的生物和非生物过程和社区和物种,开发涌现性,例如韧性和抗入侵即使没有人类和他们的机构。

计算机科学家正在探索应对虚拟的病毒,病毒在形式上类似于已知计算机病毒是识别和过滤。入侵的过滤方法是必要的,和几个机构开发了这种方法。然而,随着生物入侵的宏,最有用的方法是“有罪推定”(Ruesink et al . 1995年)。肯定有罪,如果类似的工作,但看似无害,nonindigenous物种可能不被认为是有害的,直到他们已经成熟,而且其他一些扰动使表观弹性他们造成的损失。

詹森的前提是生态系统的免疫系统有相似之处。他明确地认为human-ecological链接系统,然后描述了人类主要应对入侵。尽管许多urban-social-economic系统似乎已经和它们嵌入内生态系统密切相关,现代人类机构往往产生如此强烈的控制过程,产生生态结构(例如,水文和火),我们不能链接系统模型。在“现代”社会,人类经济系统往往大大盖过,改变,和压制生态模式和流程,以便更新基于生态系统的自然过程不能发生。如果生态经济系统,结果包含很少是真正的生态,它可能会脆(光et al . 1995年)和容易入侵和崩溃。

是有用的考虑反应表现出相似的免疫系统和生态系统的入侵。显然,免疫系统和生态系统共享一个通用的组织,所有复杂的分层系统。他们都是多样化的,组件(物种或免疫细胞类型)单独操作,他们的特点是本地化的相互作用组件,和他们进行某种形式的选择(Levin 1998)。这种类型的组织为这些系统提供了弹性。此外,当弹性水平超过这两个系统,一个非线性反应发生。这种反应也突显出免疫系统和生态系统之间的区别。生态系统更容易集成新组件没有激进的重组。在人类中,新物种的合并“友好”的细菌是一种罕见的事件。的确,那将是一件很不幸的事如果人力系统集成新组件在一个严格Gleasonian时尚(格里森1926)。此外,当弹性超过了生态系统中,一个新的国家生态组织预计将迅速发展。 If resilience is exceeded in immune systems, the only apparent alternative for the human system is death.

这是比较和类比有用的生态系统管理,詹森的主要焦点是什么?绝对的。与人体一样,我们必须小心太多的治疗干预的入侵。Overmedicating微不足道的疾病导致命硬的病原体和削弱了“友好”的细菌的数量,使身体更容易受到日益严重的感染。在生态系统中,过多的干预会有一个类似的效果。

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本文改进了评论和见解从a·r·约翰逊和j .烈性黑啤酒。南卡罗来纳合作鱼类和野生动物研究中心联合支持的合作协议在美国地质调查局/ BRD,南卡罗来纳的自然资源,克莱姆森大学,野生动物管理研究所。

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