說起“大科學(xué)”這個(gè)詞，首先讓人聯(lián)想到的是火箭、天文望遠(yuǎn)鏡和粒子加速器的研究，這些研究需要大量的資金支撐。而生態(tài)學(xué)研究，讓人聯(lián)想到的是帶著樣方尺的植物生態(tài)學(xué)家、拿著望遠(yuǎn)鏡的鳥類生態(tài)學(xué)家、以及手持捕蟲網(wǎng)的昆蟲學(xué)家等等，很少會(huì)有人將他們的研究與大科學(xué)聯(lián)系起來。其實(shí)，反過來想，這又是特別令人奇怪的！生態(tài)學(xué)家研究的地區(qū)，例如大多數(shù)陸地，是一個(gè)真正被人類占領(lǐng)的區(qū)域，卻一直沒有歸為大科學(xué)的范疇。不過，在David Schimel的帶領(lǐng)下，一大邦美國生態(tài)學(xué)家們正打算糾正這種狀態(tài)。他們計(jì)劃將撼動(dòng)陸地生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，并將之引入到大科學(xué)的規(guī)模和范圍，這就是他們正在建立的的美國國家生態(tài)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（NEON, National Ecological Observatory Network），這也正是本文將作為詳細(xì)案例進(jìn)行探討的一個(gè)話題。
“大數(shù)據(jù)”（Big Data）所覆蓋的范圍越來越大。例如，《紐約時(shí)報(bào)》2012年8月2日就大數(shù)據(jù)這種新出現(xiàn)的文化基因（cultural meme）進(jìn)行了探討。通常，人們首先以技術(shù)愛好者的角度來看待大數(shù)據(jù)?！都~約時(shí)報(bào)》的文章將大數(shù)據(jù)描述為“應(yīng)用人工智能工具，如機(jī)器學(xué)習(xí)，巨大的數(shù)據(jù)的新搜集，這超越了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫。新的數(shù)據(jù)來源包括網(wǎng)頁瀏覽數(shù)據(jù)的痕跡、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)通信、傳感器數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。”
大數(shù)據(jù)受到自然世界的塑造，并影響我們?nèi)绾卫斫庾匀皇澜绾团c自然世界交流。生物學(xué)在如此多的水平上提供一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)：來自遺傳研究幾乎無限的數(shù)據(jù)正充斥著我們最大的數(shù)字倉庫中的字節(jié)；大量保存在自然歷史博物館的標(biāo)本；在全球范圍內(nèi)日常生活所拍攝的攝影檔案；大量的來自“公民科學(xué)”（citizen science）數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，如國家物候?qū)W網(wǎng)絡(luò)（National Phenology Network），有關(guān)這個(gè)內(nèi)容，在2012年出版的一期的Frontiers in Ecology and the Environment中的“公民科學(xué)”欄目中有一個(gè)非常重要的綜述文章“From Caprio’s lilacs to the USA National Phenology Network”介紹了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)；大尺度的生物地球化學(xué)作用研究的匯集，比如濱海“死亡地帶”的研究，實(shí)質(zhì)上是總匯了工業(yè)氮轉(zhuǎn)換、人類農(nóng)業(yè)實(shí)踐、初級(jí)生產(chǎn)力和生物呼吸之間的相互作用。有關(guān)這些區(qū)域的交互式地圖已經(jīng)由WRI出版。
大數(shù)據(jù)正在影響我們?nèi)绾卫斫馐澜?，因?yàn)樗谕呓馕覀冊(cè)谶^去50年被告知的對(duì)科學(xué)理解的基石：在一個(gè)“強(qiáng)大的推理”框架中用受控實(shí)驗(yàn)來測(cè)試可證偽的假設(shè)。認(rèn)為科學(xué)必須可證偽的想法來自卡爾·波普爾（Karl Popper），他從約翰·普拉特（John Platt）的傳道中得到了啟示，在其1964年所發(fā)表的高引用“強(qiáng)推論”（Strong Inference）雄文中主張用標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行生物科學(xué)研究。Observation and Ecology的作者Rafe說：“如果你第一次閱讀他的文章時(shí)候就很喜歡，其實(shí)我也是這樣的，但我還是勸您以批判的態(tài)度再讀一遍”。并說這有點(diǎn)像在高中時(shí)候?qū)Π?middot;蘭德（Ayn Rand）很癡迷，成年后試圖用她的思想與現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來。顯而易見，這些哲學(xué)思想產(chǎn)生了一些慣例性的規(guī)則：“相關(guān)性并不意味著因果關(guān)系”、“模式不能揭示機(jī)制”，以及科學(xué)的結(jié)論如果沒有推翻預(yù)先確定的假設(shè)，其作用就僅相當(dāng)于“審前調(diào)查”。大數(shù)據(jù)使得以前這些堅(jiān)實(shí)的信念看起來有點(diǎn)古怪。雖然這些信念有時(shí)候仍然有價(jià)值，但其中自反的特性被科學(xué)家和非科學(xué)家以相同的方式采用，這都需要重新評(píng)估。如果我們無法把一些機(jī)制性原因弄得100%清楚（其實(shí)沒有那個(gè)方法能做到這點(diǎn)兒），大數(shù)據(jù)方法允許生命科學(xué)家在更大的混沌周期中發(fā)現(xiàn)更為健壯的模式，或者時(shí)會(huì)讓我們盡可能接近真實(shí)狀況。同時(shí)，在對(duì)待大數(shù)據(jù)中應(yīng)該注意的是，大數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不會(huì)完全取代小數(shù)據(jù)。那些花時(shí)間觀察自然的小數(shù)據(jù)，以及對(duì)小數(shù)據(jù)片言只語的理解，是構(gòu)成大數(shù)據(jù)整體的基石。
在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)在提起NEON，不能說是家喻戶曉、人人皆知，但也可以說是在這個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代增添了一道異常鮮艷的光芒。開始，這個(gè)項(xiàng)目僅立足于在科羅拉多的博爾德尋求資金支持，項(xiàng)目進(jìn)展異常艱難。但是在長達(dá)十年的討論和計(jì)劃后，美國國家科學(xué)基金會(huì)設(shè)法說服國會(huì)專項(xiàng)撥款4.34億美元進(jìn)行建設(shè)，這是一個(gè)中等太空探測(cè)器的價(jià)格，操作預(yù)算大約為每年8千萬美元。2011年美國的大陸尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃終于啟動(dòng)了，它將全面監(jiān)測(cè)整個(gè)美國的環(huán)境變化，從根本上改變傳統(tǒng)的小規(guī)模、地域性研究方式，形成陸地領(lǐng)域的群體合作。研究人員宣稱，生態(tài)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來臨，生態(tài)觀測(cè)將迎來“數(shù)據(jù)洪流”。