2021年的一项研究发现，亚马逊雨林正在失去吸收碳的能力，如今其碳排放量已超过吸收量。在热带地区，海洋科学家报告称珊瑚礁正在退化，这威胁到了鱼类种群。同样令人担忧的是对大西洋经向翻转环流（Amoc）的研究——这一庞大的洋流系统有助于调节气候——它在本世纪面临崩溃的风险。整个全球生态系统似乎正在丧失其运作能力。
我们在报纸、杂志、技术报告和学术期刊中都能看到这种观点。但以功能的角度思考环境，也是我们许多人自然而然地理解世界的方式。我们可能认为森林的存在是为了产生氧气，湿地是为了过滤水源，蜜蜂是为了给农作物授粉。
这种思维方式存在一个问题：生态系统并非为了达成目标而存在。亚马逊雨林吸收碳，但它并非“旨在”这样做。它只是存在着。我们在自然界中发现的任何运作标准，都直接源于我们自身的欲望——比如对气候稳定、丰富的渔业资源、美景或文化意义的追求。
那么，为什么我们总是认为生态系统具有它们可能无法履行的功能呢？
我在20世纪90年代末作为研究生时遇到了这个难题，当时关于生物多样性与生态系统功能的研究正在迅速发展。起初，我计划撰写一篇关于传统生态学主题的论文：物种丰富度是否驱动生产力。然而，我后来参与了科学哲学小组的活动，参加了他们的研讨会，并最终在从事生态学工作的同时，获得了哲学硕士学位。在那里，我发现了关于功能概念的丰富辩论——它意味着什么，何时适用，以及它起什么作用。但似乎没有人将这场辩论与生态学家们如何不假思索地使用同一个词来描述生态系统所做的事情联系起来。这篇文章就是试图将这些对话结合起来。
我对生态系统和功能的关注从来不仅仅是学术上的。我是一名环保主义者，为自然之地的丧失而困扰。作为一名父亲，我担心我们这一代人会给我们的孩子留下一个不那么富饶、不那么有韧性的星球。这些责任感也驱动着我对功能辩论的兴趣。如果我们思考生态危机的方式本身就不稳固，我们就有可能错失真正利害攸关的东西。
我担心我们通常理解眼前问题的方式是不够的。因为如果生态系统没有内在目标，并且不能真正地“崩溃”，我们该如何修复它们？在一个没有目标的生态系统的世界里，我们该如何应对环境危机？
长期以来，关于自然是否有目的，或者我们是否将自己的目标投射到自然之上，这些争论塑造了保护方法。每一次为新的保护措施辩护的背后，都隐藏着一个未言明的答案：环境是用来做什么的？
在19世纪的美国和英国，这些答案植根于旨在维持用于运动或资源利用的物种数量的狩猎法和狩猎传统。到了20世纪中期，美国林务员、早期环保主义者奥尔多·利奥波德提出了一个更广泛的答案，他建议我们的道德共同体应该包括“土地”本身：土壤、水域、植物和动物。
在20世纪70年代和80年代，环保主义者的答案越来越多地基于特定物种的内在价值，正如《美国濒危物种法案》等法律所体现的那样。但十年后，许多人认为“保护生物学”这种以物种为中心的方法存在不足。它只针对那些对其生态系统循环贡献甚微的稀有生物——比如斑点猫头鹰和蜗牛镖鱼。一些研究人员担心，这种方法可能忽略了更重要的关切，包括生态系统提供的重大“服务”。生态系统提供基本的益处，如食物、清洁水源、干旱防护、风暴缓冲、木材和纤维。
在20世纪90年代末，这场危机催生了一个名为“生物多样性与生态系统功能”（BEF）的新研究焦点。这种方法提供了一个科学严谨的框架，同时也为保护提供了强有力的论据。与之前关注稀有物种不同，BEF认为所有生物多样性都很重要。
在21世纪初，这个想法变得更为宏大，支撑了联合国项目和国际科学政策。各国政府开始建立自然资本账户，试图为授粉、洪水控制、碳储存和其他自然过程赋予货币价值。对于“自然是为了什么？”这个问题的答案变成了：自然是为了它提供给人类的服务而存在。生态系统功能的概念是连接两者的桥梁，使得这个答案看起来是科学的，而不仅仅是政治性的。
因此，功能的概念现在塑造了我们描述和理解生态系统的方式。想想你是如何看待你周围的生态系统的。如果你曾称森林为碳汇，或湿地为天然过滤器，你就是在运用BEF思维。如果你曾认为雨林为人类提供氧气，或珊瑚礁通过鱼类提供蛋白质，你就是在运用“生态系统服务”的逻辑。
我们所说的“功能”是什么意思？有时，它指的是设计好的目的。例如，钟表的功能是报时，或者化油器的功能是混合空气和燃料以供燃烧。在这些情况下，物体是特意为特定目的制造的。这种逻辑适用于一个层级结构：化油器是发动机的一部分，发动机是汽车的一部分，汽车是运输系统的一部分。
其他功能则来自于将某物用于其预期目的之外的其他用途。在野餐桌上写作时，我可能会用一本书或一块石头来压住我的纸张。石头并非为此设计，书本是用来阅读的，但两者都可以服务于我的目标。我通过以特定方式使用它们，赋予了它们功能。
还有一些功能的出现没有任何意图，尤其是在自然界中。哲学家凯伦·尼安德举了企鹅的例子，它们曾被认为在陆地上是近视的。如果这是真的，并不意味着它们的眼睛有缺陷；相反，它们是为在水下（它们捕食的地方）看清东西而优化的。陆地近视是视觉系统为适应不同环境而形成的副作用。
查看完整图片：南乔治亚岛上的一群王企鹅。摄影：Mint Images/David Schultz/Getty Images
尽管“功能”有几种用法，但主要有两种理论指导着科学家通常如何思考它：因果角色理论和选择效应理论。
罗伯特·卡明斯提出了因果角色理论，以回应欧内斯特·内格尔在《科学的结构》（1961年）中的论点，即科学应避免使用目的论语言。内格尔建议科学家不应以暗示特定目标或目的的方式来解释事物。
例如，与其说“肺的功能是给血液充氧”，内格尔可能会说：“鉴于肺组织的结构、气体的性质以及呼吸过程中的压力差，氧气扩散到血液中，二氧化碳扩散出来。”这变成了一个基于定律和初始条件的科学解释。
然而，卡明斯认为这忽略了科学家实际思考功能的方式。他认为，在解释事物如何运作时，提及功能可以是一个有用的捷径。卡明斯提出了一种不同的方法。根据他的观点，说某物具有功能，只是描述一个部分如何对其所属系统的整体“能力”做出贡献的一种方式。在这种观点下，使用功能语言是可以的。例如，汽车中的化油器帮助发动机将化学能转化为机械能；发动机帮助汽车运输人员；等等。
很容易理解为什么这个想法吸引生态学家，他们通常专注于追踪因果链。从他们的角度来看，细菌和其他分解者的功能是将死亡的生物体分解成更小的碎片并改变其化学成分。绿色植物的功能是将二氧化碳转化为食草动物可以利用的碳形式。在这种观点下，一切事物都是为了其他事物而存在。
然而，卡明斯的因果角色理论有一些严重的缺陷。首先，它并没有真正给我们提供一种方法来决定哪些过程算作真正的能力。我们选择的能力取决于科学家碰巧对什么感兴趣，而不是客观上对系统什么重要。哲学家露丝·米利肯说明了这个问题：心脏泵血，但它也会发出怦怦声。医生可能会用这种声音进行诊断，但他们不将其视为心脏的功能。为什么不呢？在因果角色理论中，没有办法区分真正的功能和副作用。
另一个局限性是，因果角色理论无法解释某物如何可能发生故障。正如哲学家艾玛·沙利文-比塞特在她2016年的文章《为故障辩护》中所探讨的那样，任何好的功能理论都必须能够解释生物事物如何可能无法完成它们应该做的事情。虽然因果角色理论可以说一个有瓣膜问题的心脏仍在做某事（即使效率低下，也在输送血液），但它不能说心脏工作得不好。它无法描述做好工作的标准应该是什么。
因果角色理论的替代方案，也可能是当今生物哲学家中最常见的观点，是选择效应理论。这是由拉里·赖特，以及尼安德和米利肯发展起来的。在这种观点下，说一个特征具有功能意味着讲述它的历史——确定它存在和持续存在的原因。根据这一理论，任何生物功能都是自然选择选择该特征所产生的效应。你可能也以这种方式理解世界。你可能会认为心脏的功能是泵血，因为泵血是原始心脏在进化过程中被动物青睐的原因。这种历史焦点将选择效应解释与因果角色解释区分开来，后者只关注一个特征今天做什么，而不是它是如何产生的。
这个理论之所以重要，是因为它为科学家提供了成功或失败的标准。如果一个特征的功能植根于进化史，那么当它无法完成历史选择它去做的事情时，它就可能发生故障。问题在于生态系统是否也能拥有这种标准。
正如我们所看到的，“功能”在每种情况下并不意味着相同的事情。我们可以区分这个词的两种广泛用法。第一种是描述性的：解释一个系统如何运作。另一种是目标导向的（或目的论的）：它说明一个系统是用来做什么的（以及它如何可能失败）。当我们观察雨林、珊瑚礁和其他具有我们可以描述的效果但没有明确目标需要实现的系统时，这种区别变得尤为重要。没有目标，生态系统可能“故障”的想法就开始站不住脚了。
在20世纪早期，生态学家弗雷德里克·克莱门茨提出，生态系统会经历可预测的阶段发展……生态学家过去认为，生态系统会经历可预测的变化阶段，导致一个稳定的“顶极”群落，就像一个有机体生长和成熟一样。有些人甚至称生态系统为“超级有机体”，暗示它们有一条内在的路径和某种统一的目的。这个想法影响了几十年，但早已被抛弃。
今天，生态学家认为生态系统大多根本不像有机体。它们不受自然选择的塑造，它们不繁殖，甚至它们是否是明确的生物实体（不像，比如说，一个心脏或一个细胞受体）也是有争议的。相反，生态系统是开放的、动态的系统，由生物体与其当地环境之间无数的相互作用组成。它们是生物体的偶然组合，我们识别和命名它们主要是为了帮助我们理解它们。如果你随机地把一堆生物体放在一个地方，你就有了一个生态系统。
然而，生态学家仍然借用“功能”的语言来描述生态系统层面发生的事情。湿地“发挥”过滤地表水的功能；森林“发挥”碳汇的功能。
《功能生态学》期刊在20世纪80年代的创刊，标志着这种思维转变的一个关键时刻。该期刊的文章开始探索单个物种如何利用其“功能性状”来影响主要的生态过程。以秃鹫如何清理动物尸体为例。对秃鹫来说，清理尸体提供了食物。但在生态系统层面，同样的行为可以被不同地描述：在“基于性状的生态学”中，清理尸体变成了分解有机物的众多过程之一。换句话说，它有助于大规模的过程，生态学家称之为“生态系统功能”，如养分循环、初级生产和分解。通过以这种方式描述秃鹫的行为，生态学家将生物体目标驱动的功能转变为对生态系统的贡献。
一旦物种被赋予这样的角色，它们就开始类似于发动机中的化油器或身体中的器官。这就是语言变得不稳固的地方。
从功能的角度来看，关于生物多样性如何塑造生态过程的描述，可能会模糊成关于这些过程是为了什么，以及它们是否被维持或丧失的判断。例如，昆虫种群的下降可以被描述为授粉率的变化，但它也可以被重新定义为生态系统支持作物“能力”的丧失。类似地，土壤中微生物活动的减少可以被描述为导致分解速度减慢，但也可以被视为系统未能保持土壤肥力。
如果我们想清晰地思考生态系统变化时发生了什么，那么区分描述某事如何发生和对由此产生的过程是为了什么做出价值判断，就很重要。当这两者没有分开时，“生态系统功能”的概念就开始承载超出其能力范围的重担。
那么，使用功能语言的通常理由是什么呢？对于生态系统过程来说，“选择效应”理论是行不通的。首先，生态系统不是作为统一单位受自然选择塑造的。像亚马逊这样的森林常被称为“我们星球的肺”，但它与人类器官或任何其他由自然选择塑造的统一单位毫无共同之处。雨林，像所有生态系统一样，没有选择效应。它们不繁殖。它们的边界往往是暂时的。甚至它们是否是明确的生物实体也是有争议的。
植物固定碳，微生物分解有机物，森林动物传播养分。这些过程可以简单地描述。但很容易迈出下一步，说雨林是为了储存碳。当我们谈论生态系统维持稳定时，这听起来可能像是在说这个系统应该做什么。但任何这样的说法都必然是以人类为中心的。所以，如果我们说一个生态系统发生故障，我们也必须问：对谁来说发生故障，为了什么目的？这些问题揭示了隐藏在我们语言中的假设，并显示了将生态过程与人类目标混为一谈的风险。
生态学家是否意识到他们用来描述生态系统的词语背后的深层含义？是的，他们意识到了。我问过《功能生态学》的创始联合主编彼得·卡洛，该期刊是如何得名的，以及他是否对将“功能”一词应用于生态系统有所顾虑。他告诉我，他“对功能概念适用于物种内通过自然选择的适应感到满意”，但“对其应用于生态系统则不那么满意”。英国生态学会的出版委员会负责监督该期刊，他们详细讨论了这个问题，用卡洛的话说，直到“讨论得厌烦了”，才最终确定了这个标题。他回忆说，“功能”这个词的使用并非未经思考——尽管存在概念上的不安，它还是被选中了，主要是因为该期刊希望发表将生态学与生理学研究联系起来的论文，而在生理学中，功能概念已经确立，并且主要通过选择效应解释来理解。
另一个值得关注的地方是里程碑式的著作《生物多样性与生态系统功能》（1993年），该书基于1991年在德国举行的一次研讨会，并部分得到了联合国教科文组织人与生物圈计划的支持——这是一个明显带有性别色彩且公开以人类为中心的倡议。赞助方和这本书本身都反映了这一焦点。在前言中，已故生态学家保罗·埃利希解释了这本书的知识基础：“对人类特别感兴趣的是生物多样性与生态系统提供的各种服务之间的关系，特别是这些服务流动的稳定性，例如维持大气的气体组成、保护土壤、回收养分以及从海洋提供食物。”
然后，他重新审视了“铆钉拔出者”的类比，这是他早些时候与安妮·埃利希合著的环境经典著作《灭绝》（1981年）中提出的。他们将生态系统中的每个物种描述为飞机机翼上的一个铆钉：拔掉一个铆钉，飞机仍然能飞，但拔掉足够多的铆钉，飞机就会失效，通常是灾难性的。这个假设是，“失效”很重要，因为飞机的价值在于安全地运载人员。这个比喻很有力，但并不完美。铆钉是静态的、完全可互换的，并且服务于单一目的；物种是动态的、独特的，并且表现出随环境变化而变化的广泛行为。重要的是，铆钉是由设计工程师放置的。埃利希的类比悄悄引入了这样一种观点：生态系统像机器一样，有一个正确的配置，任何偏离都是故障。
在过去的几十年里，这种隐喻性思维在政治上发挥了重要作用。将生物多样性丧失比作从飞机机翼上丢失铆钉，使政策制定者和公众清楚地看到了利害关系。它也与“生态系统服务”议程完美契合，该议程将生态科学直接与人类福祉联系起来。在这种政策背景下，“生态系统功能”成为一个概念枢纽：它可以被呈现为生态过程的纯粹科学衡量标准，同时也可以作为这些过程为人类提供的益处的替代品。这种双重性使这个术语变得强大，但也确保了科学家私下担心的目的论和充满价值判断的含义将在公共讨论中持续存在。
我们应该如何处理生态功能的概念？从我的角度来看，只有当生态系统被人类接管或用于人类目的时，才能说它发生了故障。例如，如果我捡起一块石头用作镇纸，或者如果一个湿地被指定为水过滤系统，那么其过滤水的能力受到干扰，就正确地被视为故障。类似地，如果一个森林被管理用来储存碳，其碳储存能力的下降应被视为失败。在这些情况下，故障的概念并非来自生态系统本身，而是来自其在满足人类定义的目标中所扮演的角色。
“故障”通过以有用性、美丽或文化和精神意义来衡量自然的价值，反映了人类的价值观和优先事项。不受欢迎的生态事件的例子——如藻华、珊瑚白化和森林砍伐——显示了这些判断可能有多么复杂。由河流流入海洋的肥料引起的藻华可能会危害水生生物，但我们是否称其为“故障”或对额外养分的“自然”反应，取决于我们使用的标准。珊瑚白化可能被视为珊瑚礁未能支持海洋生物，但这种观点反映了人类对生物多样性或渔业的担忧，而非任何内在目的。这些例子强调，我们修复生态系统的理由是建立在人类观念之上的——如责任、规范和目标——这些观念来自生态系统本身之外。那么，我们如何才能更清晰地思考生态系统以及我们对它们的责任呢？
为了超越在自然中寻找目的，生态学家可以专注于简单地描述生态系统中的相互作用并测量其状态的变化，而不参考任何目标或目的。这种方法尊重非人类世界的独立性，而不强加人类的价值观和优先事项。但在概念上超越目的，并不能阻止我们通过我们的责任、规范和目标的视角来看待生态系统。即使科学家进行看似客观的研究，人类价值观也始终是其中的一部分。
当我们审视科学哲学时，这一点变得更加清晰。在《经验主义立场》（2002年）中，巴斯·范弗拉森认为，经验主义——即我们通过观察和经验认识世界的观点——不是关于存在什么的主张，而是一种立场。它是一套关于如何进行研究的态度的承诺。所谓的“价值无涉科学”——即描述世界而不带研究者视角的理想——也是如此。选择那个理想本身就是一个选择，是由关于什么算作知识以及什么值得知道的价值观所塑造的。这是一种承诺，而不是一个发现。当生态学家研究生态系统时，他们无法摆脱指导他们关注焦点的价值观。
我并不是说我们应该摆脱这些价值观。理解我们如何与我们的价值观联系在一起，是诚实地审视它们如何进入科学实践的一个邀请。同样，认识到价值无涉科学是一个神话，并不会削弱保护环境的理由。它清楚地表明，思考生态系统以及我们对它们的责任，既涉及描述它们，也涉及做出价值判断。
当我们说自然系统存在是为了为我们提供服务——比如氧气、食物或气候稳定——时，我们是为了自己的目的接管了某些过程。这样做时，我们主动优先考虑了一个生态过程而非其他过程。我们不仅仅是在观察一个功能。例如，我们可能重视授粉在支持作物产量方面的作用，同时忽略甚至压制其他同样“自然”的过程，比如害虫吃植物。当我们继续这种模式时……当我们选择干预一个环境时——无论是通过保护还是技术设计——那个环境的持续存在就不再仅仅是自然条件的结果。它也取决于我们深思熟虑的选择。这些功能变成了“选择效应”：它们持续存在是因为我们现在选择了它们，而不是因为自然选择在过去青睐它们。
生态系统本身不会发生故障。它们可以变化、重组甚至崩溃，但这些应被视为自然过程，而非失败。我们可以使用目的论语言——比如谈论“目的”——但前提是我们清楚谁的需求正在被满足以及为了什么目标。这样使用时，提及“功能”可以帮助我们用人类的术语理解生态系统的价值，而不假装自然本身具有这样的目的。
这里真正利害攸关的是知识上的诚实。环境论证常常将这些目的呈现为自然事实，而非人类选择。当我们说一个生态系统正在“崩溃”时，我们有可能将自己的价值观隐藏在它们是世界属性的观念背后。这在修辞上可能有效，但在概念上具有误导性。
通过重新思考我们如何理解生态功能和故障，我们可以建立一个更严谨、更周到的生态学。当我们认识到我们对生态系统的关怀源于我们自身——我们的需求、我们的伦理、我们的未来——时，我们可以直接陈述我们的理由。这样做时，我们创造了一种将科学描述与明确的道德责任相结合的生态学，而不是模糊两者。
未来的工作不是去修复自然的目的，而是为我们自己的目的——以及它们所塑造的世界——承担责任。在此收听我们的播客，并在此注册以接收长读每周电子邮件。
常见问题解答
以下是一份关于生态系统是否可能发生故障的常见问题列表，以自然的语气和清晰简单的答案撰写。
初级水平问题
1 生态系统真的会像机器一样坏掉吗？
不完全是。与机器不同，生态系统没有一个单一的开关。但它可能变得严重受损或失衡，以至于无法正常运作——就像一辆发动机出故障的汽车。
2 生态系统发生故障意味着什么？
这意味着生态系统无法再执行其基本功能，例如净化水源、为植物授粉或循环养分。例如，一片无法支持野生动物的森林，或者一个污染严重到鱼类无法生存的湖泊。
3 森林火灾是生态系统发生故障的例子吗？
不总是。许多森林依赖自然火灾来清除枯枝落叶并帮助新植物生长。只有当火灾过于严重和频繁，以至于森林无法恢复时，才算是故障。
4 人类会导致生态系统发生故障吗？
是的，非常常见。诸如森林砍伐、污染、过度捕捞和引入入侵物种等行为，可能会将生态系统推向其极限之外。
中级水平问题
5 生态系统陷入困境的一个简单迹象是什么？
关键物种的突然消失或害虫的激增。另一个迹象是生态系统停止提供清洁水源或肥沃土壤。
6 生态系统发生故障后能自我修复吗？
有时可以，但这取决于损害程度。一次小规模的石油泄漏可能在几年内被自然细菌清理干净。但一片被砍伐殆尽的雨林或一片死亡的珊瑚礁可能需要几十年或几个世纪才能恢复——如果它们还能恢复的话。
7 生态系统发生故障和崩溃有什么区别？
可以把它想象成一个病人。故障就像生病——是可以治疗的。崩溃就像心脏病发作——系统完全失效，比如湖泊变成死气沉沉的沼泽，或草原变成沙漠。
8 入侵物种会导致故障吗？
是的。当一种非本土的植物或动物占据主导地位时，它可能会扰乱食物网。例如，五大湖中的斑马贻贝堵塞管道并吃掉所有浮游生物，导致本地物种挨饿。
