科学家打造“虚拟地球” 可模拟生物互动方式

发布时间:[2014-4-28]     来源:中国科技网     作者:中国科技网     点击:

科技日报讯 这是一个可以帮助我们预测地球未来的数学模型。它可以告诉我们,如果所有的蜜蜂消失了,环境会怎么样;大熊猫灭绝后,世界将有什么不同;如果人类从来没有进行过集约化养殖,地球又是怎样一番面貌。这就是微软科学家开发的“马丁利(Madingley)”模型,也是第一个在全球规模上模拟所有生物互动方式的计算机模型。

微软科学院计算科学实验室的德鲁·珀维斯和同事建立的这个“数学世界”,遵循着地球生命所要遵从的同样的基本法则。据《新科学家》杂志4月22日报道,研究小组首先模拟了一个拥有大陆、海洋和全球气候的自然界地球,然后加入各种数字生物“移民”。正如我们生活的世界一样,“马丁利”模型中的生命形式也是多种多样的,从植物到食草动物、食肉动物,从冷血动物到温血动物。这些生命形式涵盖了各类体型,就连小如蚜虫也没有忽视。不过,它模拟的是动物类型,而非特定的品种。

“我们让每一种类型的动物和植物四处少量分布。”珀维斯说。他们能够观察不同种类生物的繁荣和萧条,有些从一个环境中完全消失,但在另一个环境中生机勃勃;有些为生存空间而争斗,有些迁往了新的居所。最终,就像真实地球上的生存法则一样,“马丁利”中的所有生命会进入一个均衡状态,不同类型物种的比例也与地球相似。

研究小组为这个“虚拟地球”设置了一些基本规则。比如,我们知道,食肉动物一般倾向于捕食大约为自己体重十分之一的猎物,因此“马丁利”中的动物也是这样做的。此外还有大型动物如何维持体温的规则。

“我们放进去的一切事物,都能随之产生一些看起来大致正确的结果。”珀维斯说,“我们获得了每个地点的物种个体的集合,了解了谁捕食谁的模式,以及它们生长和死亡的过程。我们拥有了一个虚拟的世界,它的丰富程度令人难以置信。”

“马丁利”能够在一套基本的生态规则下运行的事实表明,生态系统的基本结构在一定程度上是可预测和可重复的。目前,该模型只是对每个小环境中预料会出现的生物类型进行预测。研究小组正在建立额外的参数,包括将人类加进模型中,以模拟物种入侵现象。

模型也可能帮助揭示我们对世界的认知错误。研究小组发现,“马丁利”的海洋中鱼的数量超过预期10倍以上。他们最初认为模型出错了,但随后有现实研究表明,关于鱼类生物数量的最佳估计存在一个数量级的误差。这个“错误”大概算是“马丁利”所作的第一个预测吧。(陈丹)

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