微生物研究或可揭示股市崩潰奧秘

　　美國紐約股市驟然崩潰，股價掉落谷底――這是發生在1929年10月24日的真實歷史;

　　復活節島一度輝煌，卻在短時間內森林滅絕，文明絕跡。

　　金融系統、生態系統是典型的復雜系統，其“崩潰”看起來總像是突然發生的。這樣的“崩潰”即將發生之前會有怎樣的跡象?換言之，在股市行將崩潰、復活節島森林開始滅絕時發生了什么?

　　人們對此眾說紛紜，卻苦于無法驗證。

　　現在，基于菌群滅絕前的實驗研究驗證了從原則上觀測到預警信號的可能性，相關研究成果日前發表于美國《科學》雜志。

　　實驗室的新發現

　　該論文第一作者及主要負責人是我國學者、美國麻省理工學院博士戴磊。戴磊及其同事培養了多個酵母的種群，這些種群中的每一個都有著不同的創始菌數;他們發現，創始菌數過少的酵母菌會走向滅絕，而那些有著較多創始菌的種群往往會成長至一個穩定的平衡點。

　　他們還觀察到，那些難逃厄運的酵母菌種群比那些興旺生長的酵母菌種群會更為緩慢地從干擾中恢復，特別是當它們正在縮小的數目到達了一個不可逆轉的點的時候。

　　一個系統在其接近某種災難性臨界點時，會更為緩慢恢復的理念被稱作臨界慢化。論文介紹，基于微生物種群的研究為臨界慢化是復雜體系中發生重大轉變之前的一個普遍現象的概念提供了支持。電子科技大學互聯網科學中心主任周濤表示：“這是一篇非常有趣的論文，戴磊的工作也非常漂亮!”

　　該發現意味著在實驗上成功觀測到了一個生物系統的臨界點，并且初步揭示了該系統在臨界點附近的行為規律。

　　在中國系統工程學會副理事長、中國工程院院士王眾托看來，該發現“為理論研究提供了一個實驗驗證，對復雜系統接近臨界點的預警可能性提供了一個實例”。

　　有心“插柳”的收獲

　　據了解，近年來學術界關于復雜系統臨界點前預警信號的理論研究很多，但因經驗性研究的缺位，既無法證偽也無法證實。

　　在接受《中國科學報》記者采訪時，戴磊表示，野外觀測等經驗性研究因耗時久遠，確實成為相關研究的一個瓶頸。

　　相比之下，基于菌群的實驗可操控性好、周期短、可定量，對于現有的研究是一個非常好的補充。他說：“主要的難點在于如何在實驗室中實現類似于動物種群生長的動力機制和滅絕前的臨界現象。”

　　戴磊一直在結合微生物實驗和動力系統理論來定量研究種群滅絕前的動力機制，他和同事發現酵母種群在蔗糖中的合作代謝機制其實類似于動物種群的種內合作行為，成功地在實驗室的酵母種群中實現了被稱為“Allee效應”的種群動力學現象。

　　正是這一發現激發了他利用實驗室的微生物菌群系統來實現最簡單的臨界點，并在其基礎上來檢驗一些通用的動力系統理論的靈感。

　　王眾托表示該研究不僅是對生態保護，實際上還對從事生物系統研究的科學家有所啟發。

　　看來，這一有心“插柳”，開啟了復雜系統研究的新視角。

　　更多奧秘待揭示

　　金融系統、生態系統、社會系統等是典型的復雜系統。研究證實，大多數的復雜系統都存在一個臨界點，在臨界點附近，系統的狀態會發生躍變。

　　有些躍變對人類是不好的，例如金融市場崩潰;有些則反之，例如傳染病有效控制等。因此，戴磊說：“如果能通過監測一個系統的狀態來判斷其距離臨界點的距離，就可能對不好的變化作出預警。”

　　“我們基于菌群滅絕前的實驗研究，驗證了從原則上觀測到預警信號的可能性。”戴磊認為，由于這些信號并不基于某個系統特定的動力機制，具有相當的普適性，因此即使是迥然不同的兩個復雜系統，他們的管理者都能應用這些預警信號來實時評估系統的脆弱性。

　　在王眾托看來，該研究在理念上也提供了在技術、經濟、社會等領域中有關突變的預警研究之可能途徑。

　　然而，周濤表示并不認為這類研究可以應用到真實的經濟預警中，不過，“這依然不影響這篇文章的價值”。

　　目前，戴磊及其同事已經開始著手考慮驗證能否利用空間分布的數據來預警臨界點，驗證基于時間序列的預警信號的普適性和其在惡化環境中的可觀測性。

　　有關研究將揭示復雜系統更多奧秘，或可為避免復雜系統的“崩潰”提供更多可能。(來源：中國科學報 徐雁龍)