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海怪与数学

1999-05-05 来源:光明日报 吴震 我有话说

为了揭开科学领域未知的谜团,怀着寻找海怪的梦想,海洋生物学家、科研工作者和探险者们用高科技的设备把自己武装到牙齿,进行了无数次的研究与探索。

然而,关于海怪的最新研究报告却来自于查里斯·帕克斯顿博士,牛津大学动物行为研究小组的成员。帕克斯顿博士的研究成果较他人不同,他没有使用声纳探测器、水下摄像机以及自动驾驶潜水艇等仪器,而是采用了全新的研究方法:统计学技术。这使他足不出户便估算出隐藏在海洋深处有待发现的海怪的大致数量。

帕克斯顿博士所使用的统计学技术是由英国统计学家罗纳德·费舍1943年发明的,现在广泛应用于地理学和经济学等领域,用来估算人种、矿石或甲壳虫的多样性。这一技术使统计学家仅仅通过对一小部分抽样的研究,便能猜出人种的大致组成和数量。

举一个简单的例子,假设有人给你一大桶什锦巧克力,你能不用把它们倒在地板上一块一块的数,便知道有多少种,每种有多少块吗?回答是肯定的。我们充分摇晃铁桶,然后取出其中一块,记下它的形状,再放回去。反复重复这一过程,最常见的几种类型很快就被确定下来,数量较少的种类也迟早会被取出来。我们把记录下的种类和数量绘制成图表,并用一条曲线连接起来,这条曲线在数学里被称为双曲线。因为巧克力的种类是有限的,所以双曲线上升的很快,并最终趋于一个固定的最高极限。

帕克斯顿博士通过同样的办法来研究体长超过两米的海洋动物,他从卡罗鲁斯·李纳尔斯1758年出版的《自然物种》一书着手,初步确定了23种动物。他搜寻那以后的科学文献,把符合标准的新物种第一次被发现的年代逐一记录下来。

截至1995年,已知的这类动物的总数已经达到217个,与此同时,每年新发现的物种的数量却戏剧性地下降。通过把1830年到1995年期间的数据绘制成一条双曲线,帕克斯顿博士能够初步估算出它的上限,据此他推测大概还有47种未知海洋生物有待人类去发现。他的这一结论被刊登在最新一期的《海洋生物学协会杂志》上。

但是,这一研究成果的基础是抽样率保持不变,及人类发现这些庞然大物的机率是固定的。近年来对过度捕鲸的限制意味着抽样率可能逐年降低。从这种意义上讲,还有47种未知动物的推测可能过低。另一方面,由于海洋研究规模的扩大,以及用大网捕捞趋势的增加,可能导致抽样率比150年以前有所升高。

帕克斯顿博士认为,从他个人的角度讲,不大可能(虽然有这种可能)会有全新的海怪等待着人类去发现。这些让人们梦寐以求的怪兽,可以确定的说,包括了一些新品种的鲸鱼,虽然他非常希望其中能有一两头全新的怪鲨。

帕克斯顿博士目前的研究领域还仅局限于海洋生物,但没有任何理由证明同样的分析技术不能用于那些未知的淡水动物。比如至今还是个谜的尼斯湖怪兽。帕克斯顿博士已经开始搜集有关的资料。

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