研究人员引入了一种新的模型，该模型在个体尺度和生态系统层面建立了生命规则的桥梁

密歇根州立大学和卡内基科学研究所的研究人员开发了一种将微观生物学与宏观生态学联系起来的模型，这可以加深我们对自然规律的理解，并为生态系统管理创造新的机会

据《科学》杂志报道，该团队展示了浮游生物的微观关系——例如生物体的大小和营养消耗之间的关系——是如何扩大到可预测的影响食物网的

密歇根州立大学自然科学学院博士后研究员、这篇新论文的第一作者Jonas Wickman说：“利用其他研究人员在微观尺度上测量的这些生物的数据，我们的模型可以预测整个生态系统的规模。”

卡内基生物圈科学与工程部的高级科学家Elena Litchman说：“我们现在可以展示，基于生态相互作用和进化考虑，较低层次的生命规则是如何融入这些较高层次的。”。“到目前为止，人们大多是孤立地考虑这些水平的。”

这份新报告将使团队及其同行能够设计新的实验，通过将模型扩展到其他物种和生态系统来测试、完善和扩展模型。这可能最终导致该模型能够为全球各种环境中的生态系统管理战略提供信息

小生物，全球影响

该团队还对他们可以从他们的模型和研究的浮游生物中学到什么感兴趣

“我们选择它们作为模型系统有几个原因，”密歇根州立大学凯洛格生物站研究基金会教授Christopher Klausmeier说。他还是密歇根州立大学植物生物学系、综合生物学系和生态、进化与行为（EEB）项目的教员

其中一个原因是浮游生物是Litchman和Klausmeier领导的研究小组的主要研究重点

Klausmeier说：“它们是相对简单的生物。如果有什么东西要遵循规则，浮游生物是一个很好的候选者。”。“但它们也具有全球重要性。它们负责地球上大约一半的初级生产，是大多数水生食物网的基础。”

初级生产者利用光合作用等生物化学过程将地球上的碳和原始营养物质转化为对生物本身及其捕食者有用的化合物。这意味着浮游生物是循环地球生命必需元素（包括碳、氮和氧）的自然机制中的关键一环

因此，拥有这种描述浮游生物的缩放模型有助于更好地了解这些关键过程，以及这些过程是否以及如何随着地球气候的变化而变化

该团队在这项研究中没有包括温度等与气候相关的变量，但研究人员已经在计划朝着这个方向迈出的下一步

利奇曼说：“全球变暖的影响可能会改变较低水平的生理过程。”。“然后我们可以使用这个框架来观察这些影响是如何在不同的组织层面上产生的。”

简单得令人瞠目

Wickman并不总是一位浮游生物生态学家。他的本科学位是物理学，但在2020年加入克劳斯迈尔-利奇曼实验室之前，他在瑞典攻读博士期间转向了生态学。

该团队表示，他的物理学背景塑造了他开发该模型的方法，利奇曼将其描述为“美丽的——去掉了除基本过程之外的一切。”

首先，威克曼建立在描述其利益体系的基本理论之上。只有在这种情况下，这个系统才不是量子力学粒子。它是由一个简单的食物网连接在一起的微小生物

在这个网中，浮游植物是主要生产者，浮游动物是它们的捕食者

“嗯，真的是食草动物，”威克曼谈到浮游动物时说。“我们通常不称奶牛为草的捕食者。”

为了充分了解这种重要关系的运作及其全球影响，研究人员一直在将其分解为受生态和进化驱动的组成部分

例如，浮游植物的大小等微观因素会影响其争夺营养的能力，进而影响细胞的大小以及它成为浮游动物食物的可能性

因此，这些微观因素与宏观变量有关，包括营养物质的分布以及不同浮游生物在其环境中的密度或稀疏程度

在过去的几十年里，科学家们制定了数学公式，分别描述微观和宏观尺度上的重要关系。Wickman说，然而，试图弥合天平的努力却让研究人员望尘莫及

这是因为以前建立这种连接的尝试不得不做出妥协。以前的一些模型以牺牲准确性和真实性为代价，选择了简单性。其他人则用野蛮的计算力来应对这种复杂性，这使得它们更不容易访问，也更难使用

“我们的模型包括实际的生态和进化机制，但使用起来足够简单，”Wickman说

这项工作一开始只是纯粹的理论，但利奇曼建议，应该可以使用现有数据来测试其预测。她说：“当我看到模型与观测结果的匹配程度时，我的眼睛都跳了出来。”

该团队已经研究这个问题好几年了，并在早期发表了一篇论文，开发了他们所依赖的生态进化建模技术。

现在，该团队通过将其与真实世界的数据相结合，展示了其模型的潜力

“宏观生态尺度上出现的模式可以用个体的特性来解释这一发现