第一节　选定碳作为动植物群体的测度

一个物种所有个体成员合起来组成该物种的群体。研究群体的量变，乍一看好象是用物理方法，测定一个物种成员的总质量。然而生物学的情况与物理学不同，因为生命有机体的质量由于它的生理功能随生态环境而变化。

例如很多鸟类主要栖息在树上，为了求食、求友，它必须扩大它们的生态环境，从一些树上飞到周围另一些树上；或落在地上走几步，啄点食物，或飞到水边，吸点饮料。由于生存的需要，它们学会了飞行技术。为了飞行，它们只能维持最低的含水量，因此，它们此时的体重要求尽量减轻；但是当它们吃饱了，栖息在巢中时，躯体则较重。又如生活在沙漠上的动物，它们体内必须储藏大量的水分；这时它们的体重较大，当水用完后，体重又减轻。人的情况很特殊，其体重基本上不随环境而变化，除非生病，体质有所减轻。

为了便于从定量方面研究生态圈中以人为中心的各物种进化的情况，选定一个有代表性的元素是非常必要的。经过实际观察与研究，认识到生命机体有代表性的元素就是碳。因此我们选定一个物种的碳总量，作为对此物种群体的一个测度。这也就是通常称说碳基生命的来源。

事实证明：采用生命机体的碳质量作为物种的一个测度，有很多根据及方便之处：

（1）与通常碳基生命有联系的各种化合物大都包含碳；在进化的道路上，各个物种在各自的生态环境中在不同的情况下，在不同程度上，通过自然选择而得到一定的碳量。

（2）当整个进化达到一个限度后，碳这个元素达到一定的量，包含在所有物种的各个活体中。地球生态圈中的碳大都被摄取到生命机体中，而无生命机体中则较少。例如作为大量机器设备的原材料主要是钢铁，其中的碳元素则很少；然而地下埋藏的碳量却又很多。

（3）在漫长的进化道路上，逐渐分成两条主要路线，一个是以碳为主的有生命，一个是以铁为主的无生命。二者又密切相关，碳基生命的主宰者又逐渐学会把铁变为机器为他们所利用。

碳基生命的躯体，有的很大，有的很小，但在同一物种中大都是相似的。在物理学中，有些现象在大小规模上也是相似的，从数学上找出了一个相似法则。这就可以在物理实验中模拟自然现象中有关的实际情况，例如恒星的演化情况；又可以把模型放大到一定的程度成为人类所需要的工具，例如飞机、飞船、人造卫星、火箭、导弹等。

在生态学中，生物进化的情况比物理现象要复杂得多，要模拟过去的进化是非常困难的。这里只是根据物理学的相似原理，推广到两个相似的物种。例如一个20亿蚂蚁的群体相当于一个2000公斤的象，因而一个蚂蚁的质量为2000000÷（2×10⁹）＝0．001克。这就是说一个象的质量是一个蚂蚁的2×10⁹倍。按照上面的计算式子，可以推知一个象的碳质量是蚂蚁的2×10⁹倍，这里假定蚂蚁与象二者各1克的质量所含的碳量相同。一般来说，生物学中的量只能是近似的，不象物理学中那样精确。以上的讨论暗示一个非常重要的问题，那就是能否建立生物学中的相似理论。

因此，一个物种的标准生物量可以看作是碳群体的质量，也就是该物种个体含碳量的总和。但这个碳总量是随时间而变的，因为物种随时有碳流入，如吸收二氧化碳；也有碳流出，如呼出二氧化碳。碳在实质上处于还原形式，它被氧化以产生热能。