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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