生态系统是什么？

生态学家研究的是生物的组织与丰富程度，以及它们如何在彼此的关系与交互中出现与进化。为某个生态系统划定一个区分内外的边界难免落入武断和随意的陷阱，但这个边界越简单，该生态系统就越清晰，对其进行研究也就更合乎情理。在生物的生态系统中，能量与养分在其组成部分之间的循环是非常重要的。几乎所有生命都仰赖洒遍大地的阳光。这些阳光被藻类与植物体内神奇的绿色分子吸收，一点一点逐步散播到生物界的各个角落。

想要在科学的生态系统中讲述同样的故事，我们必须将所有参与者考虑在内。除了数量巨大的科学家之外，我们还应当考虑投资人、科学期刊、科学媒体（比如杂志或博客），以及科学协会、科研机构，甚至包括看重研究的企业，它们的数量并不少（如图2-7所示）。科学家在这个生态系统中进进出出，因为他们除了科学家的身份之外，还是纳税人，支持慈善事业，购买支持科学的商品。但与其他人不同的是，他们的职业生涯紧紧根植于这个生态系统，与外界的广大公众相隔离。

图2-7 科学生态系统中的角色。每个“物种”内部都存在竞争。一些“物种”内部形成了明显的等级划分（“1，2，3…”），比如高校。还有一些“物种”内部的竞争十分激烈（箭头），但说不清谁夺得头筹，比如说客。还有一些“物种”内部的差异化程度较高，竞争不那么直接（圆圈），比如工程或医疗等不同领域的研究经费提供者

不管其规模大小、重要性高低、构成如何，所有参与者的行为都好似生物一般，他们做出的决定取决于他们对周遭世界的影响与交流。在科学的虚拟世界中，有些影响是很近的，而有些影响并不直接，需要通过一系列中间媒介才能发挥作用，这样就在整个科学生态系统的周围构筑起了一道留有少许孔隙的围墙，物质的流入或流出时有发生，使其内部保持着一种可见的动态平衡。

科学的阳光

如果说生物的能量源泉是阳光，那么科学的能量源泉是资金吗？显然，从支持科学研究本身，到建造基础设施，供养期刊和媒体，以及培育新兴科学家，任何事情都需要钱。金钱是科学的基本投入之一，从这个角度看，我们确实可以将“资金”视为科学的“阳光”。它是科学的重要能量来源之一，但并不是唯一来源（如图2-8所示）。

图2-8 自然生态系统与科学生态系统

处在食物链底端的生物过滤和吸收太阳赐予我们的慷慨馈赠——阳光。植物和藻类竞争着阳光，但它们学会了从彼此那里“凿壁偷光”。于是，森林顶部形成了冠层，海洋时有藻类泛滥，进而影响了进化的历程。天上不会掉馅饼，也不会自动掉下金钱，因此，在我们广大的社会中，科学的资金主要来源于税收、企业利润、投资和捐献。地球在绕日轨道上运行时会有几个百分点的振动，这对地球吸收的阳光量有影响，但影响甚微。然而，科学生态系统的重要能量输入——资金的波动却很大。从全球来看，过去几个世纪以来，对科学的原始投入一直在持续增加。

生态系统的资源

在生态系统中，营养物质的循环非常重要，直接制约和塑造了每个地区的植物群和动物群。水、碳、氧、氮和磷所构成的重要的“生物地球化学循环”（bio-geo-chemical cycles）取决于规模小至分子、大至山峦的生物化学与地质过程。该循环中的任何一个组成部分出现短缺，都会极大地阻碍生命的繁荣，只剩下对恶劣环境具有特殊适应性的物种占据着一些生态位。能累积最多资源的生物最有可能兴旺繁荣，这导致了它们对养分的激烈竞争。

而在科学的生态系统中，“养分”代表不同的资源：人、基础设施和形式化结构（比如清晰确定的职业路径或者定期举行的学术会议等）。接下来，我将对它们一一进行介绍。

人是科学的血液与命脉。他们年轻时对科学产生了热切的兴趣，通过各个学科的训练，成了研究者、演讲者、作家、电影制作人、编辑、审稿人、会议组织者、委员会成员等等。这些新鲜的人力资源直接成长为功能明确的角色，分布在各个组织和机构中，而在这些组织和机构中，他们又形成了其他角色。

基础设施是来自历史的遗赠，包括高校、同步加速器、望远镜、显微镜和数据库等部分。在此基础之上，人们构建起了科学的大厦。基础设施的硬件部分是固定在地面上的，极不均匀地分布在地球表面，难以发生快速改变。电力基础设施或许在全球各地都能接入，但从局部来看，它们却牢固地嵌入了各种研究所和机构的内部。人力资源可以自由流动，但却受限于他们的花销和技能。

形式化结构也是形成于过去，它们让系统有效地运转。比如，你如果想成为一名科学家，就必须遵循一条已被全世界广泛接受的明确路径——攻读博士学位。授予博士学位的标准早在中世纪就已在各个行会中建立起来了。再比如，如果你想发表科技论文，就必须经过同行评议。这种同行评议系统也有悠久的历史，它与启蒙运动时期的自然哲学家在对好奇心的形式化追寻出现之后建立起来的系统极为相似（我们将在第4章探讨这个话题）。但这些机制与自然生态系统中的养分有所不同，因为这些机制作为资源数量并不是有限的，而是可以被自由复制的。正如基因可以在不同物种之间跳跃，从而让更多生物具备更好的适应性一样，这些有用的工具也能“演化”成一套思想，或口耳相传的概念，通常被称为“模因”。科学生态系统中的每个部分都有一套自己的“模因”（也就是它的“模因组”），它们和平共处，并将那些不合时宜的思想踢出去。

但是，并不是所有东西都能被复制。每个国家授予的科学学位的数量取决于这个社会在科学教育和科学训练方面的投入有多少。由于资金是有限的，这成了科学生态系统的一个瓶颈，限制了未来科学家的总数量。这些“养分”的输送对一个生态系统来说至关重要，它既能创造资源，也能对资源进行循环利用。

科学的栖息地

在自然生态系统中，一个种群周遭的物理环境组成了它的栖息地，包括土壤、空气、水以及外界环境的影响，比如气候和地形。在科学生态系统中，研究机构是科学的“栖息地”中的一个重要特征，因为许多科学家都深深根植在高校或涉猎广泛的企业中。正如岩石的特征决定了什么植物能够在其上繁衍生息，对科学家来说，不同的高校拥有不同的特征，而这些特征决定了它们是否有助于科研。

高校对名气的竞争在全球愈演愈烈，这让高校越来越意识到彼此的存在，并对彼此做出越来越多的反应。在过去，机构内部具有各种各样的微观“栖息地”，它们决定了人们对科研的态度，并产生了各种支持科研的不同方法。不同的国家中可以形成规模更大一些的栖息地，将不同类型的高校、学术职业、投资机制或公众的尊敬度和曝光度包含在内。但是，近几十年来，科学家所在的高校的地理位置变得越来越不重要了。同样，由于全球化，企业也开始不那么在乎在何处建立研究实验室，这消除了不同文化（比如日本和美国）之间产业创新的差距。栖息地的加速合并导致了多样性的降低。不同地域的科研方式变得越来越接近，比历史上的任何时代都更加趋同。

政治气候能极大地改变科学的自由度与经费开支，它决定了科学研究的时间、地点以及在科学的不同领域中投入多少。人们常用千变万化的天气来比喻政治形势，比如干旱、风暴、龙卷风和洪水，这些比喻也可以用来形容科学的政策气候。虽然政治思想会被科学进程改变，但这种改变十分缓慢。比如，“气候变化”是科学生态系统中的一个话题。在该话题下，科学家做出了一些长期预测，但是这些预测对政治辩论的改变十分缓慢，相关的政策行动更是远远落后。因此，在大多数情况下，“政治气候”只是科学的“外部因素”。在划定科学生态系统的范围时，我们不一定要将主流政治及其与科学的互动放进科学生态系统中。对科学投资的原则一直在演化，而这个演化过程决定了科学界的未来方向，以及人们最看重过去的哪些科学成就。

科学生态系统服务

生态系统为人们提供产品与服务。生态系统的产品指的是那些看得见、摸得着的产品，比如食品、木料或石油等实用品。生态系统的服务则不那么具体，也不一定具有实在的形态，但却带来了实际的益处和改善，比如保持大气层中的氧气、清洁空气和水，或对作物进行授粉。还有一些生态系统服务更加看不见和摸不着，比如荒野、遮天蔽日的森林和高原沙漠带给人们的美感与启发。资本主义常低估生态系统服务的价值，这是资本主义的一大问题。人们认为这些服务是理所当然的，不知珍惜，直到它们被破坏殆尽，走向崩溃。

将这些概念放到科学生态系统中，我们可以区分出两种产出。第一种是有形的产出，比如新科技、改良的药物以及技能培训。第二种是无形的产出，也就是科学生态系统提供的服务，比如，科学加深了人类对周遭世界、地球以及整个科学框架的理解，让我们可以理性地解决社会问题和政治问题，并改善各个国家之间发展的不均衡。同时，它还包括我们珍视但却难以言说的许多东西：数学之美、教育内在价值的深层动机、跨国科学界的内在价值、科学共同体内的学术讨论等。我们可以将科学生态系统提供的这些服务称为“SciES”。它们的价值被低估了，并且总是被投资人和政府视作理所当然（如图2-9所示）。

图2-9 生态系统从自然世界（左栏）到科学世界（右栏）的转换

稳定与改变

人类之所以越来越关注生态系统，是因为我们对地球生态圈造成了太多显而易见的改变。科学家们着重研究那些脆弱的生态系统，试图理解其背后的原因。一个稳定的生态系统应具备抵抗力，也就是说，当其受到扰动但平衡状态改变不大时，该系统能够抵抗这种改变。同时，一个稳定的生态系统还应当具备恢复力，也就是说，它能迅速回到被扰动之前的状态。一般而言，科学生态系统对改变的抵抗力通常相当强，但是不同科学领域的恢复力却明显不同。物理学家能在物理学的子领域间迅速来回：他们总是受到新资金的诱惑和学术兴趣的驱使而踏入其他领域，比如工程学、化学、生态学、生物学和神经科学。材料科学家也受到同样的诱惑，但是在不同的国家，他们受到的诱惑程度不同。美国的材料科学家拓展兴趣领域的速度最快，远远快于其他国家。相比之下，化学界则具有一种独特的文化——100多年来，化学缓慢地演化与发展，逐步形成了一些正式分支，比如无机化学、有机化学和物理化学，但这些领域之间的碰撞却十分罕见。

这种对改变的抵抗力和恢复力塑造出了科学的许多特性。尽管科学家们总是声称自己的积极性源自好奇心，但他们却对“胡萝卜”和“大棒”的反应十分迅速，这主要是因为科学家们总是各自打算，而非作为一个集体来做决定。与此同时，投资者、出版商、学术团体、会议委员会和其他组织角色的反应非常缓慢，正是因为他们是集体而非个人。他们获取资源的方式十分单一，主要是以竞争的方式。因此，科学生态系统各个部分行动的时间尺度参差不齐。对科学家来说，他们所在的精英机构行动速度似乎异常缓慢，这使他们十分沮丧，甚至视其为耻辱。大公司也是如此。正因如此，科学家时常感到无能为力，因为他们感觉自己受制于系统，无法自由行动。

多样性

生物多样性总在不断变化。当一个缺乏天敌的物种入侵，战胜其他物种并侵占它们的领地时，生物的多样性就会降低。疾病也会毁坏生物多样性，尤其是当杂交繁殖缩小了基因库，导致整个种群极易受到灾难性感染的影响时。意想不到的是，如果进化的速度过快，也会降低生物多样性，因为在这种情况下，会进化出一些极为相似的不同物种；尽管它们属于不同物种，但却没能进化出崭新的生存模式，而是彼此竞争同样的资源，从而降低了生物多样性。生物多样性的抵抗力和恢复力至关重要。

达尔文式的竞争

我写这本书的动机是用不断演化的生态系统来描述人类构建的科学研究世界，但我们应当对这个类比保持质疑，因为它可能会带来某些误导。和自然界一样，科学生态系统的许多特征都来源于竞争，因为只有竞争中的优胜者才能生存和扩张。进化论中有两个协同运转的思想：“适者生存”和“兼并传衍”。在前者中，竞争体现在物种与环境的互动过程中——不同的物种拥有不同的优势和劣势，环境对不同的物种配给不同的养分。在后者中，竞争则体现在基因上，这是物种的造物蓝图。生物亲代与子代的基因几乎完全相同，但基因突变和有性繁殖对其进行了少许修饰。只要这些修饰对生存有利，它们就会代代累积。

我们没有创造科学家的“蓝图”。科学家的子女也不一定会进入相同的领域（不过，科学家的后代更有可能成为科学家）。但我们依然可以看到一些与基因遗传类似的现象。比如，科学家在实验室里向年轻的研究者传道授业。除了知识以外，这些年轻人还会学到年长科学家的研究风格、研究态度和研究兴趣，但进行了一些微妙的改变。学术期刊也会创造出与自己类似的“后代”。提供科研经费的机构常经历清算、分割或重组，但通常情况下，许多原来的员工会留下来，从而将原来的文化传承下去。对研究机构而言，虽然不存在类似“基因”的东西来指导人们如何建立一个研究机构，但是，它们“后来者”的体制都遵照几乎完全相同的“模子”来建立。这种现象与“基因表型”十分相似。这个现象来源于人类组织的保守天性。尽管缺乏正式蓝图，人们心里对“某些事情应该如何完成”却有着既定的标准。对人类来说，想要冲破常规、违背经验是很难的。对意欲创新的科学家来说，这更是难上加难。

让我们再次回到“什么是科学”这个问题。我提到的“弗拉斯卡蒂定义”十分准确，它强调，科学研究就是那些为增加科学知识而进行的具有新颖性、系统性和创造力的工作。按照这个定义，科学家的总数一直在持续增长。只要我们一如既往地重视新一代科学家的教育，那么科学家的数量到下个世纪将增加两倍。在本章中，我介绍了化简者和构造者对科学事业的贡献（后者的数量更多），二者聚焦的方向和目标有所不同。我还介绍了交错纵横的科学世界是由各类角色所组成的，包括数量众多的人和机构等。我采用了一个行之有效的比喻——“生态系统”来描述科学世界的运转及其内部角色之间的互相竞争。这让我们形成了一个概念，稍后我们将看到这个概念会非常有用。接下来，我将开始对这个生态系统进行探索。首先，请和我一起来看看科学家的动力来自何处，以及为什么这对我们的社会大有裨益。