ERS 上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程编号： BI906姓名：金义博 班级：F1203020学号： 5120309549专业：信息工程 阅读与理解 题目编号 13 得分 序 号 阅读文章名称 1 A new hominin foot from Ethiopia shows multiple Pliocene bipedal adaptations 2 Additive threats from pathogens,climate and land-use change for global amphibian diversity 3 Causes,consequences and ethics 4 Changing Arctic Ocean freshwater pathways 5 Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole-genome sequencing 6 Comparing the yields of organic and conventional agriculture 7 Consequences of changing 8 Ecology drives a global network of gene exchange connecting the human microbiome 9 Emerging fungal threats to animal,plant and ecosystem health 10 Evolution of increased complexity in a molecular machine 11 Genetic contribution to stability and change in intelligence from childhood to old age 12 Getting the measure of biodiversity 13 Stability criteria for complex ecosystems 14 Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation 15 Insights into hominid evolution from the gorilla genome sequence 16 Prediction mutation outcome from early stochastic variation in genetic interaction partners 17 Rapid evolutionary divergence and ecotypic diversification of germination behavior in weedy rice populations 18 Recent contribution of glaciers and ice caps to sea level rise 19 Regeneration of whole fertile plants from 30000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost 20 Reversal of cocaine-evoked synaptic potentiation resets drug-induced adaptive behaviour 21 Stability and complexity in model ecosystems 22 Global patterns in biodiversity 23 Systematic conservation planning 24 The diversity-stability debate 25 The Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial symbioses 26 Twenty-first-century warming of a large Antarctic ice-shelf cavity by a redirected coastal current 27 Will a Large Complex System be Stable
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程编号： BI 906 姓名： 金义博 班级：F1203020 学号： 5120309549 专业： 信息工程 阅读与理解 题目编号 13 得分 序 号 阅读文章名称 1 A new hominin foot from Ethiopia shows multiple Pliocene bipedal adaptations 2 Additive threats from pathogens, climate and land-use change for global amphibian diversity 3 Causes, consequences and ethics 4 Changing Arctic Ocean freshwater pathways 5 Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole-genome sequencing 6 Comparing the yields of organic and conventional agriculture 7 Consequences of changing 8 Ecology drives a global network of gene exchange connecting the human microbiome 9 Emerging fungal threats to animal,plant and ecosystem health 10 Evolution of increased complexity in a molecular machine 11 Genetic contribution to stability and change in intelligence from childhood to old age 12 Getting the measure of biodiversity 13 Stability criteria for complex ecosystems 14 Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation 15 Insights into hominid evolution from the gorilla genome sequence 16 Prediction mutation outcome from early stochastic variation in genetic interaction partners 17 Rapid evolutionary divergence and ecotypic diversification of germination behavior in weedy rice populations 18 Recent contribution of glaciers and ice caps to sea level rise 19 Regeneration of whole fertile plants from 30000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost 20 Reversal of cocaine-evoked synaptic potentiation resets drug-induced adaptive behaviour 21 Stability and complexity in model ecosystems 22 Global patterns in biodiversity 23 Systematic conservation planning 24 The diversity–stability debate 25 The Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial symbioses 26 Twenty-first-century warming of a large Antarctic ice-shelf cavity by a redirected coastal current 27 Will a Large Complex System be Stable
Stability criteria for complex ecosystems Stefano Allesina&Si Tang Nature(10832):10.1038 一、前言 生态系统的稳定性不仅与生态系统的结构、功能和进化特征有 关，而且与外界千扰的强度和特征有关，是一个比较复杂的概念。生 态系统的稳定性是指生态系统保持正常动态的能力，主要包括抵抗力 稳定性和恢复力稳定性。 以往认为，抵抗力稳定性与恢复力稳定性是相关的，抵抗力稳定性 高的生态系统，其恢复力稳定性低。也就是说，抵抗力稳定性与恢复 力稳定性一般呈相反的关系。但是，这一看法并不完全合理。 二、背景资料 生态系统简称ECO,是ecosystem的缩写，指在自然界的一定的 空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环 境之间相互影响、相互制约，不断演变，并在一定时期内处于相对稳 定的动态平衡状态。生态系统的范围可大可小，相互交错，最大的生 态系统是生物圈；最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主 要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。生态系统是开放系 统，为了维系自身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩
Stability criteria for complex ecosystems Stefano Allesina&Si Tang Nature (10832):10.1038 一、前言 生态系统的稳定性不仅与生态系统的结构、功能和进化特征有 关，而且与外界干扰的强度和特征有关，是一个比较复杂的概念。生 态系统的稳定性是指生态系统保持正常动态的能力，主要包括抵抗力 稳定性和恢复力稳定性。 以往认为，抵抗力稳定性与恢复力稳定性是相关的，抵抗力稳定性 高的生态系统，其恢复力稳定性低。也就是说，抵抗力稳定性与恢复 力稳定性一般呈相反的关系。但是，这一看法并不完全合理。 二、背景资料 生态系统简称 ECO，是 ecosystem 的缩写，指在自然界的一定的 空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环 境之间相互影响、相互制约，不断演变，并在一定时期内处于相对稳 定的动态平衡状态。生态系统的范围可大可小，相互交错，最大的生 态系统是生物圈；最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主 要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。生态系统是开放系 统，为了维系自身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩
溃的危险；许多基础物质在生态系统中不断循环，其中碳循环与全球 温室效应密切相关，生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单 位，属于生态学研究的最高层次。 生态系统的稳定性指的是生态系统抵抗外界环境变化、干扰和保 持系统平衡的能力。生态系统的自我调节能力主要表现在3个方面： 第一，是同种生物的种群密度的调控，这是在有限空间内比较普遍存 在的种群变化规律；第二，是异种生物种群之间的数量调控，多出现 于植物与动物或动物与动物之间，常有食物链关系；第三，是生物与 环境之间的相互调控。 生态系统的调节能力主要是通过反馈(feedback)来完成的。反馈 又分为正反馈(positive feedback)和负反馈(negative feedback)两种。 负反馈对生态系统达到和保持平衡是必不可少的。正负反馈的相互作 用和转化，保证了生态系统可以达到一定的稳态。例如，如果草原上 的食草动物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食而减少；而 植物数量减少以后，反过来就会抑制动物的数量，从而保证了草原生 态系统中的生产者和消费者之间的平衡。在生态系统中关于正反馈的 例子不多，例如，有一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡 而减少，鱼类死亡的尸体腐烂，又会进一步加重污染，引起更多的鱼 类的死亡。 不同生态系统的自我调节能力是不同的。一个生态系统的物种组 成越复杂，结构越稳定，功能越健全，生产能力越高，它的自我调节 能力也就越高。因为物种的减少往往使生态系统的生产效率下降，抵 抗自然灾害、外来物种入侵和其他干扰的能力下降。而在物种多样性 高的生态系统中，拥有着生态功能相似而对环境反应不同的物种，并 以此来保障整个生态系统可以因环境变化而调整自身以维持各项功
溃的危险；许多基础物质在生态系统中不断循环，其中碳循环与全球 温室效应密切相关，生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单 位，属于生态学研究的最高层次。 生态系统的稳定性指的是生态系统抵抗外界环境变化、干扰和保 持系统平衡的能力 。生态系统的自我调节能力主要表现在 3 个方面： 第一，是同种生物的种群密度的调控，这是在有限空间内比较普遍存 在的种群变化规律；第二，是异种生物种群之间的数量调控，多出现 于植物与动物或动物与动物之间，常有食物链关系；第三，是生物与 环境之间的相互调控。 生态系统的调节能力主要是通过反馈（feedback）来完成的。反馈 又分为正反馈（positive feedback）和负反馈（negative feedback）两种。 负反馈对生态系统达到和保持平衡是必不可少的。正负反馈的相互作 用和转化，保证了生态系统可以达到一定的稳态。例如，如果草原上 的食草动物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食而减少；而 植物数量减少以后，反过来就会抑制动物的数量，从而保证了草原生 态系统中的生产者和消费者之间的平衡。在生态系统中关于正反馈的 例子不多，例如，有一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡 而减少，鱼类死亡的尸体腐烂，又会进一步加重污染，引起更多的鱼 类的死亡。 不同生态系统的自我调节能力是不同的。一个生态系统的物种组 成越复杂，结构越稳定，功能越健全，生产能力越高，它的自我调节 能力也就越高。因为物种的减少往往使生态系统的生产效率下降，抵 抗自然灾害、外来物种入侵和其他干扰的能力下降。而在物种多样性 高的生态系统中，拥有着生态功能相似而对环境反应不同的物种，并 以此来保障整个生态系统可以因环境变化而调整自身以维持各项功
能的发挥。因此，物种丰富的热带雨林生态系统要比物种单一的农田 生态系统的自我调节能力强。 二、论述论点与方法 1.本文从对May的研究结果开始论述，进一步扩大May对生态系统 稳定性的解释的范围，将其运用到predator-prey,mutualistic,competitive 的关系上，通过附加一些外部条件因素，来验证对以上提到的生态群 落中存在的生物之间的关系稳定性的影响。 2.通过数理统计方法中的矩阵进行建模，将实际问题提高到理论高 度，通过对大数据的方差，特征值，数学期望等数学量的计算来判断 一个群落对equilibrium point的偏差程度。直观高效。 3.引入一个随机矩阵，即不同物种接触彼此的几率相同，以此出发， 作者开始对May的理论进行延伸。 4.还有一个非常显著的特点就是不仅仅在于引用了很多真实可信 的数据来给读者展示自己的想法，更主要的是将这些大量的数据以图 表的形式展现给读者，包括random,predator,mixture三个不同类型种 群的物种分布的数学期望及方差分布。这些图表十分生动形象地表现 了作者希望呈现给读者们的信息，直观易懂。 5. Interaction Stability criterion Nested mutualism Mutualism 2 S-1)CV发<6 Bipartite mutualism Mixture VSC<O π+2 Competition Random VSC<0 Niche predator-prey Cascade predator-prey Predator-prey
能的发挥。因此，物种丰富的热带雨林生态系统要比物种单一的农田 生态系统的自我调节能力强。 二、论述论点与方法 1. 本文从对 May 的研究结果开始论述，进一步扩大 May 对生态系统 稳定性的解释的范围，将其运用到 predator-prey,mutualistic,competitive 的关系上，通过附加一些外部条件因素，来验证对以上提到的生态群 落中存在的生物之间的关系稳定性的影响。 2. 通过数理统计方法中的矩阵进行建模，将实际问题提高到理论高 度，通过对大数据的方差，特征值，数学期望等数学量的计算来判断 一个群落对 equilibrium point 的偏差程度。直观高效。 3. 引入一个随机矩阵，即不同物种接触彼此的几率相同，以此出发， 作者开始对 May 的理论进行延伸。 4. 还有一个非常显著的特点就是不仅仅在于引用了很多真实可信 的数据来给读者展示自己的想法，更主要的是将这些大量的数据以图 表的形式展现给读者，包括 random,predator,mixture 三个不同类型种 群的物种分布的数学期望及方差分布。这些图表十分生动形象地表现 了作者希望呈现给读者们的信息，直观易懂。 5
作者通过不同种群各自的特点，将每个种群的稳定标准给了明确的数 学算式的定义，再结合实地的数据带入，经过数学处理，能很直观地 给出每种群落的稳定状态。这个科学的研究方法很值得推崇。 6.作者在结论中对May的理论提出了质疑，范围大，关联程度高的 的群落稳定性更差，只有通过减小生态群落的多样性和复杂化，才能 起到让生态系统更稳定的作用，与此同时，其他一些群落通过修改一 些参数，也能起到稳定系统的作用。经过研究，predator-prey relationship 是May理论的范例。 7.最后作者将他的研究成果上升到了一个普适的层次，使得整个研 究更有意义。 三、读后感 这次通过对全英文的生物科学文献的阅读，既丰富了自身对于专 业生物知识的认知，又增长了阅读外文专业文献的经验，受益匪浅。 在这次文献阅读的过程中，令我印象最深的就是作者通过运用数 理统计来对生态系统的稳定性进行建模。以往的方法就是通过布，点， 实时的数据采集，模拟出一个地区的物种分布，但相较于作者的数学 建模的方法，这种方法瞬时性太强，不具代表性，更不具普遍性。如 果通过合理地建立公式，选取一些在合理范围内的参数，只需在小范 围内采样，就能合理推测出一个区域的稳定性特征。作者所采用的方 法有一定的普适性，适用于普遍存在的消费者资源之间的关系，不
作者通过不同种群各自的特点，将每个种群的稳定标准给了明确的数 学算式的定义，再结合实地的数据带入，经过数学处理，能很直观地 给出每种群落的稳定状态。这个科学的研究方法很值得推崇。 6. 作者在结论中对 May 的理论提出了质疑，范围大，关联程度高的 的群落稳定性更差，只有通过减小生态群落的多样性和复杂化，才能 起到让生态系统更稳定的作用，与此同时，其他一些群落通过修改一 些参数，也能起到稳定系统的作用。经过研究，predator-prey relationship 是 May 理论的范例。 7. 最后作者将他的研究成果上升到了一个普适的层次，使得整个研 究更有意义。 三、读后感 这次通过对全英文的生物科学文献的阅读，既丰富了自身对于专 业生物知识的认知，又增长了阅读外文专业文献的经验，受益匪浅。 在这次文献阅读的过程中，令我印象最深的就是作者通过运用数 理统计来对生态系统的稳定性进行建模。以往的方法就是通过布点， 实时的数据采集，模拟出一个地区的物种分布，但相较于作者的数学 建模的方法，这种方法瞬时性太强，不具代表性，更不具普遍性。如 果通过合理地建立公式，选取一些在合理范围内的参数，只需在小范 围内采样，就能合理推测出一个区域的稳定性特征。作者所采用的方 法有一定的普适性，适用于普遍存在的消费者---资源之间的关系，不
仅局限与生物领域。深刻地理解到，任何一个研究就事论事是没有意 义的，如果能上升到普适的高度，这样的研究才是有意义的！ 另外根据所查阅的资源，目前对生态系统破坏最严重的因素还是 认为因素，而且作为唯一可控的因素，我们人类更应该提高这方面的 意识，我们自己本身也生活在生态系统之中，一旦生态系统遭到破坏， 我们也不能幸免于难，多少地震是因为地下水过度的开采，多少物种 的灭绝是因为人类对于土地的贪婪，多少河流污染是因为人类的肆意 排放，因此人类亟需增强自己的生态保护意识，在复杂的环境中维护 生态系统的稳定。 四、引用 1.《里约环境与发展宣言》，1992年6月12日于巴西里约热内卢 2.Arthur George Tansley,1947,The early history of modern plant ecology in Britain.Journal of Ecology,35,130~137 3.May,R.M.Will a large complex system be stable?Nature238,413-414(1972) 4.May,R.M.Stability and Complexity in Model Ecosystems(Princeton Univ.Press,2001) 5.《斯德哥尔摩人类环境宣言》，1972年5月5日于瑞典斯德哥尔摩 6.百度百科，检索关键字“生态系统稳定性
仅局限与生物领域。深刻地理解到，任何一个研究就事论事是没有意 义的，如果能上升到普适的高度，这样的研究才是有意义的！ 另外根据所查阅的资源，目前对生态系统破坏最严重的因素还是 认为因素，而且作为唯一可控的因素，我们人类更应该提高这方面的 意识，我们自己本身也生活在生态系统之中，一旦生态系统遭到破坏， 我们也不能幸免于难，多少地震是因为地下水过度的开采，多少物种 的灭绝是因为人类对于土地的贪婪，多少河流污染是因为人类的肆意 排放，因此人类亟需增强自己的生态保护意识，在复杂的环境中维护 生态系统的稳定。 四、引用 1.《里约环境与发展宣言》，1992 年 6 月 12 日于巴西里约热内卢 2. Arthur George Tansley ,1947,The early history of modern plant ecology in Britain. Journal of Ecology ,35, 130～137 3. May,R.M. Will a large complex system be stable?Nature238,413-414(1972) 4.May,R.M. Stability and Complexity in Model Ecosystems(Princeton Univ.Press,2001) 5.《斯德哥尔摩人类环境宣言》，1972 年 5 月 5 日于瑞典斯德哥尔摩 6.百度百科，检索关键字“生态系统稳定性