本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
多年来，可持续发展一直备受文化界的关注。越来越多的文化规范指导我们在离开房间时关灯，驾驶小型汽车，尽可能多地回收利用……而你也将为拯救世界尽一份力。然而，在某些方面，这些日常建议只是为了安抚我们的公众良心，而忽略了深入挖掘关于我们即将到来的资源短缺危机的更深层见解。气候变化的影响越来越难以忽视，而当今高度互联的经济“生态系统”中，一个地区或行业的资源短缺可能会产生全球性的影响。
然而，相对较少的关注被给予了努力挖掘关于实际进化和生态原理的见解，这些原理是关于小规模行为趋势如何与自然过程相互作用，从而在全球范围内产生涌现模式的科学基础。这些复杂性可能会阻碍我们看到即使是非常小的文化和行为倾向也可能如何增强或威胁我们的资源安全——尤其是在考虑到人类人口达到 70 亿并且还在增长的情况下。随着国家、大陆和文化之间的社会经济联系日益紧密，一些科学家正在投入大量精力研究大规模生态和进化原理与资源使用和滥用之间的关系。
这个被称为“人类宏观生态学”的创新研究领域正在成为关于人类社会动态与自然过程之间密切相似之处的新发现的温床。根据新墨西哥大学博士生、人类宏观生态学研究发展的关键人物约瑟夫·伯格的说法，人类宏观生态学的核心是“对人类与环境之间能量、物质和信息的交换进行统计研究，其空间尺度从局部到全球，时间尺度从几年到几千年”。宏观生态学将人类物种视为在自然世界的制约下运作，而不是独特地脱离自然资源限制。这种概念方法跨越了从物理学和生态学到人类学和经济学的学科（Burnside et al. 2012），为各领域之间前所未有的协同作用创造了机会。“任何关于可持续解决方案的讨论，如果缺乏这种视角，都是不完整的，并最终将失败，”伯格观察到。
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这些研究中出现的一个关键问题是人口增长率的迅速上升。在他们 1968 年出版的《人口爆炸》一书中，保罗和安妮·埃尔利希描述了如果人类人口增长率不降低，可能会出现严重的资源短缺、社会动荡和环境恶化。他们的断言引起了全球关注，并遭到了那些对控制人类生育的概念感到反感的人的强烈抗议和谴责。然而，自该书出版以来，地球上的人类数量几乎翻了一番，而且还在持续增长。随着每一次人口普查，埃尔利希夫妇的建议似乎越来越有先见之明。
“人口爆炸”是一个有争议的概念，但并非一定是一个新概念。托马斯·马尔萨斯在 1798 年发表的关于人口指数增长的见解，对查尔斯·达尔文及其自然选择理论的发展产生了传奇般的影响。马尔萨斯和达尔文描述的过程之间潜在的相互作用既令人着迷又令人担忧。马尔萨斯警告说，人口将呈指数增长，直到受到资源可用性的限制，然而，经典的达尔文式适应——除了文化创新——允许生物体通过提高觅食效率和/或获取额外资源，以及降低疾病和捕食等风险导致的死亡率来规避资源限制。如果这种马尔萨斯-达尔文动力学在不受控制的情况下持续进行——并且步调一致——它们将相互作用以产生确实满足当前需求的适应，但可能涉及最终适应不良的行为（Nekola et al. 2013）。例如，一个开发出有效利用资源的适应或技术的种群，最终可能会耗尽资源，以至于后代无法足够快地适应，从而在资源枯竭的后果中维持生存。
随着我们逐渐耗尽许多自然资源，这种情况已经变得显而易见。例如，几十年来的灌溉、转移和不负责任的使用率已经在全球范围内造成了缺水危机，这个问题目前在美国西南部得到了体现。随着气候变化的发展，河流系统干涸的问题将变得更加紧迫，从而对包括人类和野生动物在内的生态群落造成人为和气候的双重压力。利用新资源的创新管理策略和新技术——例如我们在西部平原上编织的广泛灌溉系统——是达尔文式适应的例子，这些适应使我们能够将马尔萨斯式的挑战推迟到未来，可以这么说。问题是：能持续多久？
这种马尔萨斯-达尔文动力学 (MDD) 在世界人口迅速增长的背景下是一个至关重要的问题，这也是最近在《生态学和进化趋势》杂志上发表的一篇备受关注的论文的主题（Nekola et al. 2013）。人类已被证明在开发新技术以获取资源方面是富有创造力的。文化进化在人口和创新之间产生了一个正反馈循环——我们拥有的人越多，我们就能处理和创造性地利用的信息就越多，我们就能找到更多方法来避免短期的资源限制。此外，新技术使我们能够超越生存水平的生产，解放个体专注于尝试更先进的发明和技术。
然而，资源确实是有限的。我们正在使用从未来借来的资源生活，在某个时候，我们的祖先将不得不偿还我们的债务，这可能会导致灾难性的后果。正如我们已经在美国的河流系统中看到的那样，管理资源以最大限度地提高短期利益在当时可能看起来具有创新性和实用性，但代价是在未来造成更大的问题。
当然，对于这些问题还有另一种观点。“丰饶主义”方法通过坚定地断言我们仅受限于人类创新的力量来挑战 MDD 观点的有效性，这必然会阻止我们屈服于灾难性的资源限制。丰饶主义观点的支持者强调达尔文式适应的过程，并断言渐进式的适应将使我们能够无限期地克服资源限制（Nekola et al. 2013）。随着我们在利用淡水、海鲜、农业用地和化石燃料等资源方面达到临界值，他们是否正确可能会在不久的将来变得显而易见。这听起来很可怕，但从丰饶主义的角度来看，这种临界质量的人口对于创新地解决我们当前的限制并向前推进至关重要。
然而，丰饶主义者和 MDD 观点的观点并不一定是相互排斥的。伯格指出，MDD 方法实际上通过承认技术进步使我们能够继续突破环境限制来纳入丰饶主义的观点。然而，伯格警告说，“在维持全球人口和经济轨迹所需的主要创新范围正在达到收益递减的地步，因为我们现在正在全球范围内与限制作斗争。”只有时间才能揭示结果，但与此同时，人类宏观生态学研究将使我们尽可能了解手头过程的进化和生态动态。
将生态学应用于人类社会经济学所获得的见解既令人着迷，有时又令人不安。研究人员发现了人类经济的能量需求与生物代谢之间的惊人相似之处（Brown et al. 2011），热力学定律的经济意义（Burnside et al. 2012；Burger et al. 2012），以及资源限制与达尔文式创新/文化进化之间基本相互作用的意义（Nekola et al. 2013）。这项研究不断揭示的趋势——以不可持续的速度大规模过度开发资源——非常严重。
例如，伯格指出，宏观生态学研究表明，为了使全球人口稳定（实现零人口增长；ZPG），整个世界必须达到最发达国家的人均能源消耗水平。想象一下，非洲、亚洲、印度、巴西等地的每个人都以美国人的平均水平消耗资源，然后我们的人口才能最终稳定下来。根本没有足够的能源来支持 70 亿人口（更不用说 100 亿人口）达到与美国相当的生活水平。
此外，伯格指出，宏观生态学研究表明，“联合国关于人口增长的预测过于乐观”，这意味着渐进式的资源枯竭“为在没有严格的政府监管人口控制的情况下实现 ZPG 带来了巨大的挑战。”换句话说，我们没有足够的资源通过能源消耗和人口增长之间的自然关系来实现 ZPG，这意味着在我们设法停止每年在全球总数中增加越来越多的人口之前，就会发生严重的能源短缺危机。
人类宏观生态学的概念尚未获得公众的广泛认知和理解，但如果不进行两种形式的智力整合，就无法解决当前的问题：在科学学科之间以及科学家和政策制定者之间建立桥梁。像埃利希夫妇这样的科学领袖已经表示支持这种方法（Erhlich & Ehrlich 2013）。随着人口持续增长和气候趋势持续变化，对人类社会发展轨迹的宏观生态学见解，包括人口将如何增长和维持自身，将变得越来越重要。越来越明显的是，文明和自然的健康与福祉是密不可分的。
这些问题与科学家和非科学家的生计都高度相关，宏观生态学领域站在研究对环境、人类健康和政治稳定具有广泛影响的关键问题的前沿。为了找到能够使我们物种在尽可能减少进一步环境破坏的同时继续存在和繁荣的解决方案，科学家和社会都需要采取行动。
引用来源
Brown, J. H., W. R. Burnside, A. D. Davidson, J. P. DeLong, W. C. Dunn, M. J. Hamilton, et al. 2011. 经济增长的能量限制。生物科学 61:19–26。
Burger, J. R., C. D. Allen, J. H. Brown, W. R. Burnside, A. D. Davidson, T. S. Fristoe, et al. 2012. 可持续性的宏观生态学。PLOS Biology 10:e1001345。
Burnside, W. R., J. H. Brown, O. Burger, M. J. Hamilton, M. Moses and L. M. A. Bettencourt. 2012. 人类宏观生态学：联系大图人类生态学中的模式和过程。生物评论 87:194–208。
Daly, H. E. 2005. 充分世界中的经济学。大众科学 293:100–107。
Ehrlich, P. R. and A. H. Ehrlich. 2013. 全球文明的崩溃可以避免吗？英国皇家学会学报B 280:20122845。
Mace, G. M. 2012. 可持续性科学的局限性：生态约束还是无止境的创新？PLOS Biology 10:e1001343。
Matthews, J. H. and F. Boltz. 2012. 可持续性科学的界限正在转移：我们注定要失败吗？PLOS Biology 10:e1001344。
Nekola, J. C., C. D. Allen, J. H. Brown, J. R. Burger, A. D. Davidson, T. S. Fristoe, et al. 2013. 马尔萨斯-达尔文动态与文明轨迹。生态与进化趋势 1643。
图片来源：来自census.gov的人口曲线；东京照片来自LuxTonnerre
