如果我们把宏观和微观结合起来思考，那么生命将更有机会抵御气候变化。

在《论科学中的精确性》（On Exactitude in Science）中，短篇小说家豪尔赫·路易斯·博尔赫斯（Jorge Luis Borges）描述了一个精通制图学的帝国。有一张地图精确到与帝国本身一样大，但后代发现它毫无用处。

一张地图以“点对点”的精度与真实领土对应显然太烦琐了。这给科学家提出了一个重要的警告：过分追求自然世界的现实模型可能会事与愿违。

布莱恩·恩奎斯特（Brian Enquist）是亚利桑那大学的植物学家、进化生态学教授，同时也是圣达菲研究所的外聘教授。他很是认同博尔赫斯的观点。他认为，在科学领域，“精确文化”过于盛行。这包括他自己的生物圈，该领域研究地球上所有生物（包括微生物、植物和动物）之间的相互作用，以及它们如何动态影响其他因素（如大气和气候变化），或如何被这些因素影响。

他是最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上“生物圈的科学预测需要科学文化的整合”一文的第一作者。论文阐述了他和圣达菲研究所的同事所称的“科学跨文化主义”，旨在整合三种不同的科学文化——“精确文化”“变异文化（侧重于评估特定事物之间的异同）和“粗粒度文化”（试图通过支配系统运作的一般性原则来简化问题）。

他们认为，“科学跨文化主义”在生物圈研究中的作用不够。这很糟糕，因为要避免气候灾难的最坏影响，我们必须了解生命系统的相互联系，从而了解事物变化时会发生什么——毕竟这种变化来得很快。恩奎斯特与地球系统理论家克里斯·肯佩斯（Chris Kempes）和物理学家杰弗里·韦斯特（Geoffrey West）共同撰写了这篇发表在《美国国家科学院院刊》的论文。

恩奎斯特说，他与肯佩斯和韦斯特的合作是科学跨文化主义实践的一个范例，而不仅仅是跨学科研究，因为他们分别来自不同的文化。恩奎斯特说，他“挣扎和尖叫着，被硬拉进粗粒度更高的方法中”。而韦斯特对此感到自在，肯佩斯则深入研究了当地生态系统的精确建模。但他们希望他们在这篇论文上的合作本身能够成为此类合作研究的典范。

我们采访了恩奎斯特，他是一位谨慎、细心的对谈者，当时他正在旅行。

为什么理解生物圈——地球上所有生命之间错综复杂的相互作用——会如此艰巨？

原因有很多。首先，生物圈极其复杂。生物过程在细胞层面起作用，并一直延伸到生态系统乃至更大的范围。生物圈与整个地球生态系统息息相关，包括水系统、大气、海洋等。

而生物圈之所以复杂，还因为其动力和压力源自不同方面。我们目睹了气候的整体变化，也看到了许多由人类自身带来的压力——因农业发展、城市化加速、过度捕捞和狩猎引起的土地利用变化。这些不同的压力还会相互叠加。此外，还存在许多非线性因素，这些因素之间的相互作用还会带来许多出乎意料的结果。

所有这些复杂因素都还不能全面解释，为什么预测生物圈会发生什么是如此具有挑战性。您说科学领域还存在不同文化难以融合的问题，这导致研究更难以取得进展。

是的。我们开始意识到，对于如何从事科学研究，存在三种不同的文化或路径。

第一种是变异文化。变异文化关注的是理解系统中不同实体和过程的多样性。

第二种是粗粒度文化。你可以把它想象成物理学家看待世界的方式，即从复杂事物中提炼出简单性。

最后一种是精确文化，它更注重理解所有错综复杂的细节和关联，从而有效描绘系统内和实体之间可能存在的种种相互作用。

每种文化都有其优点和缺点，尤其是当它们各自独立运作时。但当它们共同发挥作用时，这些优点和缺点可以增强和促进每种文化的独特属性和特质。我们认为，其结果是更敏捷的科学洞察力和更快速地获取知识。

这些不同的文化在特定领域——例如在您的主要研究方向植物生态学中——表现如何？

如果我严格遵循变异文化，我会从事博物学研究。当我外出时，我会记录在特定地点看到的所有不同植物，我会记录它们之间的相似之处和不同之处。变异文化可能专注于收集新物种、鉴定新分布区或追踪稀有濒危物种。变异文化为我们提供了许多有关自然世界的知识，例如识别更容易灭绝的物种。

正如博尔赫斯的短篇小说所述，精确文化将转向更加注重建模框架：让我们绘制出所有这些不同物种的丰富性与多样性，以及它们之间的复杂互动过程。我们会提出一些问题，例如，是什么维持了这种多样性？我们可能会开始思考捕食差异，这种差异可能对一个物种产生负面影响，但对另一个物种产生积极影响。也许我们会创建一个非常复杂的仿真模型。

在粗粒度文化中，受过更多物理学训练的人会退一步说：“这是一个非常复杂的系统。也许我们可以采取分析方法，写下控制系统关键动态的主要状态方程，而你可能会对这样的系统感兴趣。”也许这就是物种多样性。这个人还会说，让我们再简化一下。也许影响系统总体多样性的主要因素可能只是温度。如果地球变暖，也许会加速生物进程。如果温度对迁徙率有积极影响，但对灭绝率有消极影响，那么我们就可以根据这些假设，推导出消除风险的方程。然后，还要考虑栖息地面积对物种多样性的影响。我们将其添加到温度模型中。这样，一个预测物种多样性的模型就诞生了，它与这些变量有关。所以，要从细节中抽出身来。

但是，在我们对地球生命的动态过程的理解中，这些文化并没有共同发挥作用吗？

我们要么陷入变异文化或精确文化的泥沼，要么两者兼而有之，而粗粒度文化则被牺牲。虽然有人尝试对生物圈采取粗粒度方法，但这种方法必须以变异文化和精确文化为基础。过去，当这些文化共同发挥作用时，生物学和其他科学都取得了飞速发展。

如今，是否有任何科学领域很好地融合了这些文化？

大气科学和其他地球科学似乎已经整合了不同的文化，并使其协同工作。

在大气科学领域，粗粒度文化帮助人们构建了更简单、更基本的模型，用于研究化石燃料——尤其是二氧化碳的变化如何影响地球温度。精确文化则采用这些简化模型，将其应用于不同的空间尺度，找出这些模型预测的错误之处，然后通过加入大气压强高低等细节加以改进。当你添加这些因素时，就可以根据变异文化进行更详细的预测，了解水蒸气、湿度、降雪量和云层的差异如何影响地球的温度变化。在你拥有所有三种不同类型的输入数据之后，就可以开始进行更详细的建模。

然后，你就可以利用我们非常成功的地球气候模型，预测未来在不同的气候变化情景下，整个地球的温度和降水的细微变化——不只一二十年，甚至可长达百年乃至更长时间。你还可以追本溯源，反向推测过去的气候变化情况。这是一个巨大的成功。

可以说查尔斯·达尔文在科学生涯中实践了三种文化吗？

是的，他确实这样做了，尽管他没有为自然选择和进化论写下任何方程，甚至没有画出图表。但如果你仔细阅读他的所有著作，你会发现他实际上实践了每一种不同的文化。达尔文寻找贯穿所有生命的一般性规律。他发现，如果考虑到指数级的人口增长和资源有限的事实，那么并非所有个体都能存活。有些个体能够存活是因为它们更擅长争夺资源，繁殖能力更强，因此更具适应性。最终的结果就是自然选择。这个理论非常精彩、简练，建基于他对博物学的理解上，并从中得到完善。他还喜欢描绘所有细节。通过在不同文化之间进行遍历迭代，他能够完善整个理论。

您将统一这些文化的努力称为“科学跨文化主义”。这与使科学研究更加跨学科的努力有何不同？多年来，跨学科研究不是学术界一直强调的吗？

它与跨学科的科学研究有很大不同。科学跨文化主义不仅涉及将不同学科的专业知识相结合，还涉及将潜在哲学和方法融合到一个连贯统一的框架中。在跨学科的科学研究中，你将经济学家和生态学家聚集在一起，或者将社会科学家与从事保护生物学的人聚集在一起。但是，仅仅由于你将来自不同学科的人聚集在一起，并不意味着他们来自不同的科学文化。

他们可能都来自变异文化或粗粒度文化。

没错，这很好。当来自同一科学文化背景的人彼此交流时，可能会感觉良好。但如果你真的想要抵达更深层次的理解——能够让你开发出更具预见性的解决方案，那就需要整合这些不同的文化。

您说，让生物圈模型越来越逼真可能会适得其反。但更逼真的模型不是更有用吗？

嗯，看起来确实如此，对吧？但这会产生很多问题。建议你看看博尔赫斯的短篇小说。我们在模型中添加了更多的变量和要素，比如光的作用，光对森林生长的影响等。我们获得了很多细节，这是件好事，因为有助于巩固我们对复杂性的理解。

但通常的情况是，随着模型变得越来越复杂，预测也变得愈发难以捉摸。你不知道这是否与测量的不确定性有关，还是与模型的复杂结构有关。

随着模型的复杂性增加，误差和要素间相互影响也会以奇怪的方式传播，理解它们在事实上变得更加困难。它们甚至在某种程度上形成了自己的生态系统。这不是开玩笑。现在的期刊大多关注生物圈或生态学的复杂模型，对模型背后的真实自然世界缺乏关心。

您建议科学家如何重启科学跨文化主义？

重要的是，要认识到自己最适应哪种文化。还有一点也很关键，要帮助学生理解，对复杂问题的解决存在着不同方法，而这些方法亦有优劣之分。特别是生物学系，应该培养一种将粗粒度思维、详细观察和具体模型紧密结合的文化。为了应对社会面临的重大挑战，仅仅进行跨学科研究是不够的。

资料来源 Nautilus

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本文译者朱昱海是浙江工业大学马克思主义学院讲师，从事科学思想史、博物学史研究。