當生態學在 19 世紀第一次被確認為一門正式的科學時，一種普遍的假設是，自然遵循著簡單的且容易理解的規則，就像一個由嚴絲合縫的齒輪驅動的機械鐘。如果科學家能夠測量正確的變量，就可以預測結果，比如，更多降水就意味著更好的蘋果收成。

但隨著認識的深入，人們越來越意識到，混沌在自然中無處不在，天氣系統中，水流渦旋里，行星軌道上 ……

混沌系統是一種在短期內或許可以預測，但長期無法預測的系統，它們由對事件的非線性反應所主導，對初始條件的微小差異非常敏感。

在過去幾十年間，生態學家也試圖將混沌的概念引入生態學。然而，到了 20 世紀 90 年代，一些評估自然界種群中混沌普遍性的元分析卻表明，混沌在自然種群中似乎不存在，或者非常罕見，大約只有一成的種群似乎發生著混沌變化，其余的則是以某種穩定循環的方式變化，或者發生隨機波動。這好像有些出乎意料。

近日，一項新的分析顛覆了原先的觀點。更詳細的研究認為，自然種群中的混沌比之前認為的要普遍得多。論文已發表在《自然 · 生態與進化》上。

有規律、隨機還是混沌？

在生態系統中，生物種群的波動通常也很大。對種群變化來說，生態學家思考的一個關鍵問題是，這些波動是有規律的，也就是圍繞一些理論上 " 穩定 " 的平衡點變化，還是隨機、完全不可預測的，抑或是，它們是混沌的？

雖然先前的研究表明混沌在生態種群中非常罕見。但在新研究中，團隊在評估后認為，先前元分析中的方法學假設對檢測混沌存在偏見。這可能是由于有限的數據量，并且使用了不恰當的方法，原先的結論并不是來自生態系統固有的穩定性。

在新的分析中，科學家有了更多可用的數據。團隊使用了更新的混沌檢測新算法，并在模擬數據集上對它們進行了嚴格的測試。隨后，他們將三種最好的方法應用于全球種群動態數據庫的 172 個種群時間序列的數據集。

結果發現，在分析的生態數據庫中，超過 30% 的種群存在混沌動態的證據。

這項新的分析還揭示了混沌動力學、壽命和體型之間有趣的聯系。混沌在浮游生物和昆蟲中最為普遍，在鳥類和哺乳動物中則最不普遍，魚類相對居中。

也就是說，很多短壽命的物種傾向于有混沌的種群動態，它們也是傾向于有 " 大起大落 " 變化動態的物種。

預測的內在局限性

了解種群波動的模式，對預測種群大小，以及它們對管理干預措施的反應有著深遠的影響。

這些結果表明，生態預測可能存在著一種內在局限性。這也提醒了人們，在對生態系統進行保護和管理中，不應該使用基于平衡的方法，特別是針對那些短壽命的物種。

比如，從漁業管理的角度來看，研究人員希望能預測魚類種群，以便為漁業捕撈設定限制。如果人們沒有意識到混沌的存在，可能就會失去使用適合混沌系統的方法進行短期預測的可能性，而對我們進行長期預測的能力過于自信。