先上一幅图，太平洋中南部法属玻里尼西亚的一座火山岛——莫雷阿岛（Moorea）。你觉得它的形状像什么？有数学头脑的人认为这是一个三角形的岛屿，而有浪漫情怀的人称之为心形岛屿。莫雷阿岛陆地面积132.4平方公里，是社会群岛（Society Archipelago）中向风群岛的第二大岛（也有称为第三大岛的，就看你是将右下角的岛看成一个还是两个的问题，参见下图）。
这个火山岛在150~250万年前形成，地质热点（hotspot）作用的结果形成了整个社会群岛。在地质学上，热点（hotspots）是指地球表面长期经历活跃火山活动的地区。热点地区被认为是由狭窄的热地幔流形成地幔柱（mantle plume，也称热柱）将热量从地幔-地核边界传递出来。夏威夷群岛火山链就是板块在缓慢移动时经过地表下固定的热点而形成的。最新的地质证据就是指上地幔对流的成因。据推测，目前的海湾是在全新世海平面上升时充填起来的。该岛地势崎岖，多山，多河流，土壤肥沃。出产香草、椰乾和咖啡，是一个非常美丽的旅游胜地，堪称人间天堂。从上面看，莫雷阿岛的形状的确更像一个心脏，两个近对称的海湾（库克湾和奥普努胡湾）向北伸展。还是让我们对它多保持一些浪漫情怀吧，不久之后这个人间天堂将变成世界上第一个虚拟生态系统实验室了，因为一些研究小组正策划创建莫雷阿岛的数字化身，他们将以极其详细的数字形式进行可重复的虚拟生态系统研究，包括从植物和动物的基因到景观的地理学研究。
生态学家多年来一直依靠模型梳理出大自然不同方面之间的关系，如温度与种群或捕食者与被捕食者之间的关系。但大部分模型只是对特定的物种或研究问题相关，科学家们想要获得更全面的视图。随着人类活动与自然变化共同改变着我们的环境，让人类面临前所未有的生存危机。为了缓解这种影响整个生态系统的变化，我们应采取何种措施呢？建立自然保护区或限制化石燃料的使用是一些简单的措施。这个项目的全称是“岛屿数字生态系统化身”（IDEA）。IDEA项目诞生于2013年，来自三位海洋科学家的创意，目前这个团体有80多名成员。项目负责人Neil Davies认为，“我们知道世界正在发生的变化。然而，我们要做何种决策却处于黑暗中。我们不是要精确进行预测，但我们需要一种模拟不同场景的方式”。例如，一个酒店如果建在某个位置，它将如何改变生态系统呢？如果一个物种从一条河中消失了，那么下游相应地会发生什么变化呢？
莫雷阿岛是开始这个研究非常理想的位置，这个岛屿大小合适，上面只有17000人居住，相对于更大的生态系统来说，更容易模拟，也更容易连接到世界的其他地方。莫雷阿岛是世界上研究最多的岛屿之一。据说，查尔斯·达尔文当年也就是在这里找到了有关珊瑚环礁形成理论的灵感，当时他站在塔希提岛（Tahiti）的山峰向下俯视莫雷阿岛。他将其描述为“框架中的画”，这里的框架就是指环绕岛屿的堡礁。法国高等研究实践学院（EPHE），现在是CNRS（国家科学研究中心）于1970年代在奥普努胡湾建造了一个研究站。自1980年代以来，美国加州大学伯克利分校在西海岸的库克湾建造了阿甘南太平洋研究站（Gump Station），该站是莫雷阿岛珊瑚礁长期生态研究站（MCR LTER）的老巢，也是美国长期生态研究（LTER）网络的一部分。岛屿研究中心和环境观测站（CRIOBE）是好几个国际项目的研究站，30多年来，一直在监测法属波利尼西亚的珊瑚礁，以及莫雷阿岛珊瑚礁提亚胡拉（ Tīahurā）断面的鱼类种群监测。他们的工作已经收集了有关岛屿水域各种五花八门的数据，还有数十年有关珊瑚和鱼类数量的研究。这些传统的海洋生物调查目前正与莫雷阿岛的生物编码（Biocode）项目联系起来，Biocode旨在描述岛屿上每个长度大于一毫米物种，并给这些物种一个“DNA条形码”（DNA barcode，可作为唯一标识符的DNA片段）。依靠这个手段，可以快速而轻松地识别物种，甚至在其他方面难于识别的位置或状态，比如一个生物胃中的内容物，或处于种子或幼虫形式。
这个数字化身将利用从Biocode项目获得的认识，结合有关天气、洋流以及人口密度和房地产价格等社会数据来分析一些问题，比如哪些物种会出现在海洋的某个地方，或者哪些物种被另一个物种所食。这将提供一个岛屿及周边海域的三维可视化信息，可能类似于在谷歌地球看到的那样，但可使研究人员放大某个位置，访问数据并运行模拟。该小组计划最终将这些数据转化为一个虚拟的实验室，允许科学家对一些有关人类活动的影响的科学假设进行测试。IDEA成员Matthias Troyer说：“第一阶段将形成一个框架来集成我们已经拥有的数据。将这些数据进行核对、合并，让科学家可以获得，然后在此基础上，就可以开始进行模拟了”。在去年年底的会议上，IDEA团队讨论了如何将已有的数据与用最新技术获得的数据结合起来。数字化身的一些框架已经在建了，团队正在寻求在未来3年用约500万美元的经费做一个试点项目。
生态系统模拟方面的科学家Mike Harfoot说，这个项目是“在模拟群落方面是真正的创新”，因为它将整合社会、自然和生物方面的数据。直到发展到最近的计算能力，才能用整体分析来模拟生态系统。计算生态学家Rick Stafford说，“这是令人印象深刻的数据量”。Davies说，让不同的数据集相互之间进行对话是一个挑战，但这样一个雄心勃勃的任务其时机已经成熟。如果莫雷阿岛的工作能够运转，那么这种方法就可以推广到世界上其他地方。虽然有些耀眼，但并非白日做梦。
参考资料
Nature 517, 255–256 (15 January 2015) doi:10.1038/517255a
Mo'orea (http://en.wikipedia.org/wiki/Mo'orea)
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