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第1章 最宏观的整合与统合——生物系统周期表1

引言：从元素周期表到生物系统周期表1

1 等级层次理论和生物系统谱2

1.1 等级层次系统理论2

1.2 生物系统谱中的难题3

1.3 生命系统大统一的数理基础——等级层次自组织系统理论4

2 等级层次生命系统的螺旋上升——生物系统谱的二级结构4

2.1 同族系统之间的共同性6

2.2 同族系统之间的差异性10

2.3 生物系统谱一级结构的意义11

3 对已有生物系统等级层次的重新认识——基于生物系统周期表12

3.1 隐没的群落12

3.2 “景观系统”不是一个等级层次，而是为研究方便临时划分的单位14

4 根据生物系统周期表对新等级层次系统的预测15

4.1 等级层次生物系统最晚近的自组织升级事件——人类的全球化与全球系统的形成15

4.2 人的主导地位加强——城核系统凸显18

4.3 “自然”生态系统的归属22

4.4 城核系统形成的机制——聚集内生分化23

4.5 更进一步的推演——不断增加环节的生物系统谱24

6 生命系统自组织升级过程29

5 完整的生物系统周期表29

7 生物系统周期表更进一步外推到非生物世界31

8 宇宙中惊人的同一性——生物系统周期表在研究方法论上的意义32

小结：最宏观的生物学32

第2章 统合生物学的哲学原理34

引言：生态学理论和思维方式都需要范式和数理工具34

1 统合生物学的理论基础35

1.1 生物系统是自组织系统35

1.2 自组织系统的功能可以整合，而结构之间要统合36

1.3 临界问题36

1.4 人类文因的发育成熟是生命进化史上的第三次飞跃38

2 生物系统的基本方面40

2.1 各层次的完全系统都是个体——超有机体的争论可以终结了40

2.2 哪些是生物系统的组分，哪些是生物系统的环境？41

2.3 生物系统一般意义上的结构和过程42

2.4 我们常说的生物系统功能往往是生物系统的过程42

2.5 小尺度系统的边界未必比大尺度系统更清晰43

2.6 一个完全系统只有发育而没有进化，同形系统才有进化46

2.7 超个体、亚个体与亚种群——构件系统结构的特异性47

3 生物系统与非生物环境关系的基本范式49

3.1 生态作用的模式49

3.3 生态关系的时间尺度50

3.2 生态反作用50

4.1 等级包含关系51

4 生物系统与生物环境关系的模式51

4.2 等级层次系统之间的时空并行关系53

4.3 亲缘关系54

4.4 同类完全系统间竞争的通用模式54

4.5 亚完全系统之间的竞争方式56

4.6 备份——完全系统的保险57

4.7 增殖——完全系统占有资源的手段57

4.8 重复——大自然不朽的灵魂57

5.1 生物系统对于环境响应的模式58

5 生物系统对环境因子的响应、适应和耐受性58

5.2 适应的类型和模式60

5.3 生物系统对环境的耐受性62

6 生物系统对环境的利用和改造——自服务、自毁和利他62

6.1 自服务62

6.2 自毁和利他63

6.3 人类的自毁与克服64

7 生命世界中普遍存在的S形曲线65

8 生态过程与进化过程在两个尺度上自相似66

9 生态过程与经济过程在两个尺度上自相似67

10 类比，生物学研究中随处可用的利器68

11 交替，跨越组织层次看自组织与他组织71

12 生物系统等级层次结构带来的方法论问题73

第3章 跨层次完全系统的结构学75

引言：生物学中的结构主义——必须强调系统结构的极端重要性75

1 完全系统结构和外貌的粗粒化描述77

2 城核系统与真核细胞的相似性78

3 城核系统假说81

3.1 生态核82

3.2 生态器83

3.3 城核系统中的“酶”——生物种群85

3.4 生态质86

3.5 文因——城核系统中的模板信息87

3.6 传因——城核系统中的调控信息88

3.7 自组织系统升级与信息的传递速度和效率90

3.8 城核系统的结构骨架90

4 多细胞个体与生物大分子的基本结构——非球体的空间构筑形91

5 全球系统的基本结构92

6 生物结构的发育是一个自组织过程94

6.1 生物结构与其他领域中的结构主义95

6.2 生物结构的进化是一个自组织过程96

6.3 完全系统——多细胞有机体结构发育的非线性模型97

6.4 完全系统结构发育之间的自相似性100

6.5 生物结构数理模型研究的重要性和理论意义101

7 生物结构遵从的力学和数学基础102

8 谁创造着万紫千红的世界——结构和功能的遍历103

9 单体生物及构件生物的生态学意义104

10 动物与植物都有骨骼——满足空间构型的需要107

11 完全系统族的骨架111

12 纠正目前的以偏概全的“结构生物学”111

小结：对生物系统结构的描述需要新型的数理工具——超越物理学和化学112

第4章 跨层次完全系统的生理学113

引言：研究系统过程的学科都是生理学113

1 完全系统的生长113

2 完全系统的发育115

3 完全系统的代谢——输入、内循环、存留和输出118

4 系统安全的自维持——各层次生物系统共有的防御与免疫122

5 生物系统结构的自我修复和再生124

6 自组织系统的自主性完结——自发死亡125

7 完全系统内的经济过程126

8.2 随着等级层次上升而不断强化的内稳态128

8.1 系统结构的自维持——稳定性128

8 系统状态的自维持——系统稳定性与内稳态128

9 将Gaia假说推进一步——全球系统的内稳态调节131

9.1 Gaia假说与全球系统内稳态132

9.2 全球系统能量的内稳态134

10 城核系统和全球系统中人的地位与作用135

10.1 本次全球巨大变化是以人为主导因子产生的136

10.2 人类对全球系统的不利影响137

10.3 人类对全球系统的有利影响139

10.4 全球偶合过程中的忧患意识140

10.5 人类在全球系统自组织过程中的作用141

10.6 人类调控全球系统稳定可持续发展的可能性143

11 完全系统和准完全系统中的生产过程145

12 完全系统和准完全系统中的分解过程146

13 完全系统和准完全系统中的交换过程147

14 完全系统和准完全系统中的流通过程150

15 完全系统和准完全系统中的分配过程151

16 完全系统中的消费过程152

17 纯消费者？生态系统中的动物不是不劳而获的角色153

18 全球系统才有真正意义的生物地球化学循环155

19 全球尺度的能量流动不能等同于生态系统中的能量流动156

20.1 多细胞个体层次的信息流157

20 完整意义上的生物信息学157

20.2 原生态系统中的信息流158

20.3 城核系统和全球系统中的信息流159

20.4 尽早建立完整准确意义的生物信息学十分必要159

第5章 生态器、生态核和生态质160

引言：破缺系统的器官属性160

1 服务系统的结构为执行其功能而特化160

2 原核细胞结构形式及其与上一周期系统的对应——原生态系统之间的相似性161

3 服务系统效率的衡量162

6 服务系统的单一功能性163

5 服务系统之间的分配和交换163

4 服务系统的多样性163

6.1 初级生物生产生态器164

6.2 能源和矿物生产生态器164

6.3 高级生物生产生态器164

6.4 高级工业生产生态器165

6.5 生物分解生态器165

6.6 工业分解生态器165

6.7 调控者生态器165

7 生态核——信息处理、管理、交换中心166

8 生态质166

6.8 城核系统中各种生态器的偶合166

8.1 保护和改善生态器环境质量167

8.2 维护生物多样性168

8.3 维持信息调控者的精神健康169

8.4 生态效益的经济评估170

第6章 统合生物学中的问题、佯谬和假说171

1 自然选择是进化的动力？选择压越强进化越快——热带雨林中生物多样性最低？！171

2 遗传多样性有意义，而生态系统中的物种多样性没有意义？！172

3 生物多样性概念辨析172

5 生物多样性和复杂性的涨落与平衡174

4 复杂性不是多样性的同义词174

5.1 复杂性的增加和减少是自组织系统固有的特征175

5.2 多样性和复杂性起源于自组织系统的分岔175

5.3 实际生物多样性由环境决定179

5.4 生物多样性和复杂性的增加机制是正负反馈的共同作用180

6 基于自组织理论的生物多样性和复杂性的保护原理182

7 将Gaia假说推进一步——全球系统的自我调节183

8 全球系统的“细胞分裂”与未来的类地生命系统群186

9 生态学的裂变与“宏观生物学”学科群的产生187

10 全球系统研究的方法论思考187

主要参考文献189