动物界的级联效应
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级联效应 （ Cascade effect) 是由一个动作影晌系统而导致一系列意外事件发生的效应，类似于多米诺骨牌效应。 参见： http://www.baike.com/wiki/%E7%BA%A7%E8%81%94%E6%95%88%E5%BA%94 备注：图片来自网络，无商业目的，在此致谢。 一、引子 今年愚人节，我写过一篇题为《 科研，应避免出现 “ 张冠李戴 ” 式的错误 》的博文【 1 】，讲述了一个关于自组织临界性（ SOC ）的故事。该文从 SOC 概念出发，通过比较沙堆模型与岩石破裂模型的差异，说明同一个概念用于不同对象时，应区别对待的道理。该文侧重的是逻辑推演，本文则聚焦于事实论据。 1997 年， Geller 等人【 2 】基于全球地震活动区震级 — 频次统计关系服从幂律分布的认识，在不少童鞋心目中具有高大上地位的《 Science 》杂志上发表文章，认为 “ 地球处于自组织临界（ SOC ）状态，任何小地震有可能级联性地发展成大地震。 ” 该认识与地震们的实际表现相符吗？本文将基于震例分析给出解答。 对地震感兴趣的童鞋大概知道一句俗语“小震闹、大震到”。其实呢，这个事儿并不靠谱。大家晓得，地球每年发生数量众多的小地震，而发生的大地震（ M ≥7.0 ）却屈指可数。如果这事儿靠谱，同样大地震的数量就会好多哦，但事实不然。具体到一个地震区而言，如从一次大地震（如 M 7.0 ）发展到另一次大地震（如 M 7.0~7.5 ） , 之间不但会发生多次小地震、中强地震，还会发生强震。通常小地震后会跟随小地震，偶尔会有中强震，极其罕见的情况下会跟随大地震。因此，根据小地震猜测大地震的发生，虽命中的概率极低，但和买彩票一样，偶尔也有猜中的情况，如在 1975 年 2 月 4 日 海城 M S 7.3 地震前，在其震中附近曾发生一次 M S 4.6 地震（海城地震前几小时，“事后”才知道的前震）。如上所述，这样的情况罕见，依靠“小震闹”，预报“大震到”的所谓“成功”案例，难以复制。众所周知，如果是科学的认知，则必须能“复制”。 记得有人说过“ 提出一个观点很容易 , 但是要 证实 这个 观点很难。 ”这就是说，任何观点如果成立必须得到实例的支持，否则可能沦为“空谈”和“空想”。 下面，咱举一个具体的例子，说明小地震和大地震的关系。 二、震例分析 以 昆仑山口西地震区（图1）为例， 该区已发生了 3 次标志性地震，即 1924 年 7 月新疆 M S 7.25 双震 、 1973 年 7 月 14 日西藏 M S 7.5 地震与 2001 年 11 月 14 日青海昆仑山口西 M S 8.0 地震（图 2 ），这些地震的孕育规律与震级约束关系遵循着孕震断层多锁固段脆性破裂理论。可看出， 1997 年西藏 M S 7.3 地震是第 2 锁固段发生宏观破裂前的 1 次显著前震，该震发生后地震区处于临界状态， 直至 2011 年才发生 M S 8.0 地震（图 2 ），滞后约 4 年，期间曾发生诸多低于 M S 5.6 （ M v = M S 5.6 ， M v 为最小有效性震级，用之可最大程度地提取锁固段破裂事件）的小地震和中强地震（图 3 ），其中最大一次地震为 1998 年 1 月 13 日西藏 M S 5.4 地震，显然这些地震均能引起应力涨落，如果这些涨落均能在短时间内引发孕震系统发生“级联式地雪崩”，那么该地震区在此期间会发生多次大地震；此外，在长达约 4 年的时段潮汐效应也能起到扰动触发作用，该地震区应在达到临界状态后不久发生大地震。然而，事实并非如此。由此可见，对于大尺度锁固段而言，即使其处于临界状态，微小的扰动并不能导致其发生 “ 雪崩 ” ，我们推测这种滞后现象是由于断层的粘滞效应所致，与扰动无关。再者， 小地震不一定是由于锁固段破裂导致，也可能是大量的非锁固段（相对软弱介质）破裂事件，对特定地震区进行数据处理时，应通过最小有效性震级 M v 剔除这类地震， 而不必考虑之。事实上，一次标志性地震发生后，需要发生一系列中间过程地震（大大小小的预震）事件 ，直至监测 CBS 值满足临界值时才能发生下一次标志性地震，即标 志性地震的孕育过程受确定性规律支配，期间不存在级联效应 。 看出来了吧，即使某孕震系统（地震区）处于临界状态，小地震与中强地震都不能级联式地引发大地震（标志性地震）的发生， Geller 等人的认识錯矣！ 图 1 昆仑山口西地震区地震构造图 图 2 昆仑山口西地震区 1924.7.3-2015.11.21 之间 CBS 值与时间（ t ）关系 （数据分析时选取 M S ≥5.6 （ M v = M S 5.6 ）地震；误差修正已被考虑） （箭头所指为标志性地震） 图 3 昆仑山口西地震区 1997.11.8-2001.11.14 间 M S - t 图 三、结论 我们所划分的全球 62 个地震区 ] 覆盖了世界两大地震带 —— 环太平洋地震带与欧亚地震带，相关震例分析均表明：相邻两次标志性地震之间的历时通常为数十年或数百年，这是一个长期或超长期过程，而不是一个瞬态过程，该过程中标志性地震的发生遵循确定性规律，并不存在小地震直接导致大地震（标志性地震）的级联效应。 一篇论文的观点是否正确，仅与作者当时的认识水平以及编辑和审稿专家的科学鉴赏力有关，而与发表的杂志档次无关。因此，即使发表在 CNS 杂志上的论文，也不能认为是“真理”的化身，童鞋们不必对此盲目迷信和崇拜，应牢记质疑与批判是科学精神的重要组成部分。只有经得住实践或时间检验的认识，才是正确的客观认识，也是“早发表晚评价”的内涵所在。 参考 【 1 】科研，应避免出现 “ 张冠李戴 ” 式的错误 http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1106804.html 【 2 】 RJ Geller ， DD Jackson ， YK Yan ， F Mulargia , 1997. Earthquakes Cannot Be Predicted. Science , 275(5306):1616-1617.
苍鹰-丛鸦-蜂鸟三者形成奇妙的捕食关系（via LS ） 【 大树底下好乘凉：蜂鸟利用苍鹰作为保护伞 】螳螂捕蝉，黄雀在后。生物之间一个控制一个之间的关系是非常有趣的。生物通过取食和捕食，能量得以在系统中流动，生态学家把这种生物之间一级与另一级之间的关系称为 “ 级联效应 ” 。当然，自然界里也并非大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，这种简单的无趣的单一关系。特别是动物，其实也是非常 “ 聪明 ” 的，它们也会利用动物间形成的关系。 如鹰和隼是比较彪悍凶猛的猎手，一般小鸟都对其极为恐惧。遇见他就得避开，乖乖让路，不然就小命不保了。有的小鸟对老鹰恐惧到什么程度？只要听到老鹰吼两声，小鸟的生长和发育就会受损，长肉的速率显著降低，简直就是被吓破胆了。对于这种由于捕食而形成的恐惧，不少种类也逐渐学会了利用，如有一种柳莺便很会利用这种天敌恐惧，雄性在追求雌性的时候，也会刻意制造 “ 带女朋友看恐怖片 ” 的氛围，偷偷避开雌鸟，学天敌叫唤，轻轻地恐吓雌鸟，以防止她飞走掉，最终赢取泡妞机会，手段极为有趣。（延伸阅读： 自在娇莺恰恰啼里的猫腻 ） 苍鹰领地内的蜂鸟巢穴和从鸦巢穴 近日，在亚利桑那州干热的 奇里卡瓦 山脉 Yanayacu 生态站， 生态学家发现了一种小鸟（黑颏北蜂鸟 Archilochus alexandri ）利用 “ 老鹰恐惧 ” 的全新方式 -- 大树底下好乘凉 。对于威武雄壮的 苍鹰来说，捕食的时候，怎么着也得抓点像模像样有血有肉的，像蜂鸟那种只有蜂子般大小，毫无嚼头的小动物来说，老鹰是压根正眼看不上滴。既然老鹰看不上吃小蜂鸟，那么对于蜂鸟来说，老鹰就没啥好怕的了。蜂鸟真正的敌手是墨西哥从鸦 (Amphelocoma wollweberi) ，墨西哥丛鸦体重比蜂鸟大几十倍，不仅喜欢偷吃蜂鸟的蛋，还捕杀蜂鸟后代。通常情况下，苍鹰喜欢从高处俯冲下来，捕食墨西哥从鸦。墨西哥从鸦却不太敢和苍鹰正面较量，而是从高处偷偷掠过森林，侦查蜂鸟，避开苍鹰，要不就只能远离凶悍的苍鹰领地。 不知自何时开始，聪明的蜂鸟竟发现了天敌墨西哥丛鸦非常害怕苍鹰的现象。黑颏北蜂鸟巧妙地把丛鸦的 “ 害怕 ” 运用起来，选择与苍鹰为邻居，悠然自得地生活在 “ 神鹰 ” 的庇护之下。调查发现，三成的墨西哥丛鸦行为与苍鹰的活动有关系，丛鸦会尽量避开苍鹰，以保小命；八成的蜂鸟则会把巢穴建在苍鹰巢穴周围，尽量选择在苍鹰俯视的领地内繁殖后代。与苍鹰领地外筑巢捕鱼后代的蜂鸟相比，在神鹰下繁衍后代的蜂鸟，后代成活率提高了三成。蜂鸟利用苍鹰作为保护伞，成为了级联效应中又一个有趣的新发现。 若是蜂鸟真的会唱歌，不知亚利桑那 奇里卡瓦山下， 蜂鸟社会中是否也流行着一首神曲： 啊 神鹰啊 神鹰啊 我已经告别昨天 找到了生命的亮光 ….. 蓝天的儿子又回到了故乡 你是我实现了童年的梦想
