本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
多年來，可持續發展一直備受文化界的關注。越來越多的文化規範指導我們在離開房間時關燈，駕駛小型汽車，儘可能多地回收利用……而你也將為拯救世界盡一份力。然而，在某些方面，這些日常建議只是為了安撫我們的公眾良心，而忽略了深入挖掘關於我們即將到來的資源短缺危機的更深層見解。氣候變化的影響越來越難以忽視，而當今高度互聯的經濟“生態系統”中，一個地區或行業的資源短缺可能會產生全球性的影響。
然而，相對較少的關注被給予了努力挖掘關於實際進化和生態原理的見解，這些原理是關於小規模行為趨勢如何與自然過程相互作用，從而在全球範圍內產生湧現模式的科學基礎。這些複雜性可能會阻礙我們看到即使是非常小的文化和行為傾向也可能如何增強或威脅我們的資源安全——尤其是在考慮到人類人口達到 70 億並且還在增長的情況下。隨著國家、大陸和文化之間的社會經濟聯絡日益緊密，一些科學家正在投入大量精力研究大規模生態和進化原理與資源使用和濫用之間的關係。
這個被稱為“人類宏觀生態學”的創新研究領域正在成為關於人類社會動態與自然過程之間密切相似之處的新發現的溫床。根據新墨西哥大學博士生、人類宏觀生態學研究發展的關鍵人物約瑟夫·伯格的說法，人類宏觀生態學的核心是“對人類與環境之間能量、物質和資訊的交換進行統計研究，其空間尺度從區域性到全球，時間尺度從幾年到幾千年”。宏觀生態學將人類物種視為在自然世界的制約下運作，而不是獨特地脫離自然資源限制。這種概念方法跨越了從物理學和生態學到人類學和經濟學的學科（Burnside et al. 2012），為各領域之間前所未有的協同作用創造了機會。“任何關於可持續解決方案的討論，如果缺乏這種視角，都是不完整的，並最終將失敗，”伯格觀察到。
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這些研究中出現的一個關鍵問題是人口增長率的迅速上升。在他們 1968 年出版的《人口爆炸》一書中，保羅和安妮·埃爾利希描述瞭如果人類人口增長率不降低，可能會出現嚴重的資源短缺、社會動盪和環境惡化。他們的斷言引起了全球關注，並遭到了那些對控制人類生育的概念感到反感的人的強烈抗議和譴責。然而，自該書出版以來，地球上的人類數量幾乎翻了一番，而且還在持續增長。隨著每一次人口普查，埃爾利希夫婦的建議似乎越來越有先見之明。
“人口爆炸”是一個有爭議的概念，但並非一定是一個新概念。托馬斯·馬爾薩斯在 1798 年發表的關於人口指數增長的見解，對查爾斯·達爾文及其自然選擇理論的發展產生了傳奇般的影響。馬爾薩斯和達爾文描述的過程之間潛在的相互作用既令人著迷又令人擔憂。馬爾薩斯警告說，人口將呈指數增長，直到受到資源可用性的限制，然而，經典的達爾文式適應——除了文化創新——允許生物體透過提高覓食效率和/或獲取額外資源，以及降低疾病和捕食等風險導致的死亡率來規避資源限制。如果這種馬爾薩斯-達爾文動力學在不受控制的情況下持續進行——並且步調一致——它們將相互作用以產生確實滿足當前需求的適應，但可能涉及最終適應不良的行為（Nekola et al. 2013）。例如，一個開發出有效利用資源的適應或技術的種群，最終可能會耗盡資源，以至於後代無法足夠快地適應，從而在資源枯竭的後果中維持生存。
隨著我們逐漸耗盡許多自然資源，這種情況已經變得顯而易見。例如，幾十年來的灌溉、轉移和不負責任的使用率已經在全球範圍內造成了缺水危機，這個問題目前在美國西南部得到了體現。隨著氣候變化的發展，河流系統乾涸的問題將變得更加緊迫，從而對包括人類和野生動物在內的生態群落造成人為和氣候的雙重壓力。利用新資源的創新管理策略和新技術——例如我們在西部平原上編織的廣泛灌溉系統——是達爾文式適應的例子，這些適應使我們能夠將馬爾薩斯式的挑戰推遲到未來，可以這麼說。問題是：能持續多久？
這種馬爾薩斯-達爾文動力學 (MDD) 在世界人口迅速增長的背景下是一個至關重要的問題，這也是最近在《生態學和進化趨勢》雜誌上發表的一篇備受關注的論文的主題（Nekola et al. 2013）。人類已被證明在開發新技術以獲取資源方面是富有創造力的。文化進化在人口和創新之間產生了一個正反饋迴圈——我們擁有的人越多，我們就能處理和創造性地利用的資訊就越多，我們就能找到更多方法來避免短期的資源限制。此外，新技術使我們能夠超越生存水平的生產，解放個體專注於嘗試更先進的發明和技術。
然而，資源確實是有限的。我們正在使用從未來借來的資源生活，在某個時候，我們的祖先將不得不償還我們的債務，這可能會導致災難性的後果。正如我們已經在美國的河流系統中看到的那樣，管理資源以最大限度地提高短期利益在當時可能看起來具有創新性和實用性，但代價是在未來造成更大的問題。
當然，對於這些問題還有另一種觀點。“豐饒主義”方法透過堅定地斷言我們僅受限於人類創新的力量來挑戰 MDD 觀點的有效性，這必然會阻止我們屈服於災難性的資源限制。豐饒主義觀點的支持者強調達爾文式適應的過程，並斷言漸進式的適應將使我們能夠無限期地克服資源限制（Nekola et al. 2013）。隨著我們在利用淡水、海鮮、農業用地和化石燃料等資源方面達到臨界值，他們是否正確可能會在不久的將來變得顯而易見。這聽起來很可怕，但從豐饒主義的角度來看，這種臨界質量的人口對於創新地解決我們當前的限制並向前推進至關重要。
然而，豐饒主義者和 MDD 觀點的觀點並不一定是相互排斥的。伯格指出，MDD 方法實際上透過承認技術進步使我們能夠繼續突破環境限制來納入豐饒主義的觀點。然而，伯格警告說，“在維持全球人口和經濟軌跡所需的主要創新範圍正在達到收益遞減的地步，因為我們現在正在全球範圍內與限制作鬥爭。”只有時間才能揭示結果，但與此同時，人類宏觀生態學研究將使我們儘可能瞭解手頭過程的進化和生態動態。
將生態學應用於人類社會經濟學所獲得的見解既令人著迷，有時又令人不安。研究人員發現了人類經濟的能量需求與生物代謝之間的驚人相似之處（Brown et al. 2011），熱力學定律的經濟意義（Burnside et al. 2012；Burger et al. 2012），以及資源限制與達爾文式創新/文化進化之間基本相互作用的意義（Nekola et al. 2013）。這項研究不斷揭示的趨勢——以不可持續的速度大規模過度開發資源——非常嚴重。
例如，伯格指出，宏觀生態學研究表明，為了使全球人口穩定（實現零人口增長；ZPG），整個世界必須達到最發達國家的人均能源消耗水平。想象一下，非洲、亞洲、印度、巴西等地的每個人都以美國人的平均水平消耗資源，然後我們的人口才能最終穩定下來。根本沒有足夠的能源來支援 70 億人口（更不用說 100 億人口）達到與美國相當的生活水平。
此外，伯格指出，宏觀生態學研究表明，“聯合國關於人口增長的預測過於樂觀”，這意味著漸進式的資源枯竭“為在沒有嚴格的政府監管人口控制的情況下實現 ZPG 帶來了巨大的挑戰。”換句話說，我們沒有足夠的資源透過能源消耗和人口增長之間的自然關係來實現 ZPG，這意味著在我們設法停止每年在全球總數中增加越來越多的人口之前，就會發生嚴重的能源短缺危機。
人類宏觀生態學的概念尚未獲得公眾的廣泛認知和理解，但如果不進行兩種形式的智力整合，就無法解決當前的問題：在科學學科之間以及科學家和政策制定者之間建立橋樑。像埃利希夫婦這樣的科學領袖已經表示支援這種方法（Erhlich & Ehrlich 2013）。隨著人口持續增長和氣候趨勢持續變化，對人類社會發展軌跡的宏觀生態學見解，包括人口將如何增長和維持自身，將變得越來越重要。越來越明顯的是，文明和自然的健康與福祉是密不可分的。
這些問題與科學家和非科學家的生計都高度相關，宏觀生態學領域站在研究對環境、人類健康和政治穩定具有廣泛影響的關鍵問題的前沿。為了找到能夠使我們物種在儘可能減少進一步環境破壞的同時繼續存在和繁榮的解決方案，科學家和社會都需要採取行動。
引用來源
Brown, J. H., W. R. Burnside, A. D. Davidson, J. P. DeLong, W. C. Dunn, M. J. Hamilton, et al. 2011. 經濟增長的能量限制。生物科學 61:19–26。
Burger, J. R., C. D. Allen, J. H. Brown, W. R. Burnside, A. D. Davidson, T. S. Fristoe, et al. 2012. 可持續性的宏觀生態學。PLOS Biology 10:e1001345。
Burnside, W. R., J. H. Brown, O. Burger, M. J. Hamilton, M. Moses and L. M. A. Bettencourt. 2012. 人類宏觀生態學：聯絡大圖人類生態學中的模式和過程。生物評論 87:194–208。
Daly, H. E. 2005. 充分世界中的經濟學。大眾科學 293:100–107。
Ehrlich, P. R. and A. H. Ehrlich. 2013. 全球文明的崩潰可以避免嗎？英國皇家學會學報B 280:20122845。
Mace, G. M. 2012. 可持續性科學的侷限性：生態約束還是無止境的創新？PLOS Biology 10:e1001343。
Matthews, J. H. and F. Boltz. 2012. 可持續性科學的界限正在轉移：我們註定要失敗嗎？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. 馬爾薩斯-達爾文動態與文明軌跡。生態與進化趨勢 1643。
圖片來源：來自census.gov的人口曲線；東京照片來自LuxTonnerre
