综述：一个地球，一个健康：一种敏捷的、渐进的、系统与系统融合的范式

《Environmental Science & Technology》：One Earth + One Health: An Agile, Evolutionary, System-of-Systems Convergence Paradigm

　　高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

进化机制使人类能够改变地球系统。由于由此产生的全新世系统高度相互依赖且不断演变，文化和技术发展的速度往往也在加快，因此必须以整体的方式来理解和应对“一个地球，一个健康”的概念。一种基于部分可量化、可科学验证的理论框架的敏捷、进化性的系统-系统融合范式，可以用来系统地识别、分解、描述并整合嵌套的地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统。该范式包括个体生物（涵盖植物、真菌和动物），它们在全球元生态系统中构建各自的生态位，这一元生态系统整合了所有全新世系统的深层进化历史。为了全面覆盖各种尺度，该范式被划分为两个领域：一个是面向外部个体生物的“躯体领域”，适用于全球、区域、城市和地方层面；另一个是面向内部个体生物的“内脏领域”，包括器官、细胞、细胞器和分子。这一范式需要一个因果一致的进化框架、跨尺度的模块化及层次化的概念模型（基于共同的语言和协调的本体论），以及敏捷、可扩展和可伸缩的计算框架、相关的决策支持系统和教育方法。

**特刊**
作为《环境科学与技术》特刊“从孤立系统到互联互通的系统：全面应对复杂环境问题”的一部分发表。

**1. 引言**
人类深刻地改变了地球系统，引发了众多错综复杂且难以解决的社会挑战。例如，最近对“地球边界”框架的评估（1）显示，地球已经超出了九个相互依赖的地球边界中的六个，这表明必须从系统角度考虑人为影响。此外，对实现可持续发展目标进展的评估（2）发现，尽管在森林和水生态系统方面取得了一些环境改善，但这些改善并未带来积极的社会效应。另外，对《联合国气候变化框架公约》的评估（3）表明，出于好意的气候缓解政策和措施可能会产生意想不到的后果和问题转移，即遏制气候变化的努力无意中引发了新的环境或社会经济挑战。最后，应对气候变化、新出现的传染病、入侵物种的扩散以及粮食安全问题需要一个新时代的大陆尺度生物学（4），这种生物学需要从分子到生物体、从生态系统到生物群落再到生物圈的多尺度、多学科理论。这些研究共同强调了“基于地球系统的整体方法”的迫切需求，以考虑系统范围内的人类-环境相互作用。

**2. 全面应对全新世相互依赖的社会挑战的必要性**
在重新构想的“一个健康”方法中明确承认了这一需求（5），该方法旨在可持续地平衡人类、动物和生态系统的健康（6,7）。如图1所示，该方法旨在动员多个部门、学科和社区，在不同尺度和组织层面发挥作用，同时解决清洁水、能源和空气的需求，提供安全和营养的食物，并应对气候变化、灾害和可持续发展问题（6）。最近对这一方法的评估（8）发表在《柳叶刀·一个健康与全球健康安全系列》中（9），发现现有框架很少考虑人为因素在疾病中的作用，结论是“一系列复杂且相互依赖的挑战威胁着人类、动物和生态系统的健康，我们不能忽视这些共同威胁的决定性因素”。

**3. 整体方法的关键要素**
要成功以综合和整体的方式应对这些相互依赖的社会挑战，需要广泛的沟通、协调、能力建设和合作（9）。图1来自参考文献（6），采用CC-BY 1.0许可协议，版权归2022年PLOS Pathogens所有。

**4. 发展和实施新范式**
为了解决这些相互依赖的社会挑战，我们需要通过跨多个系统和尺度的战略干预来推动社会变革。然而，最近的一项批判性综述（5）认为，现有的方法和框架无法实现这一目标，这与五项独立评估的结果一致（1?4,8）。该综述概述了使人类能够改变地球系统的进化机制，最终形成了当前全球互联的全新世系统（需要注意的是，全新世不仅仅是一个时间区间（10））。由于全新世系统高度相互依赖且不断演变（11），随之而来的社会挑战也同样高度相互依赖（1,4,8,12?22），因此需要以整体的方式来理解和应对（1,4?6,12,19,20,22?27）。

进化视角还可以为我们提供关于早期社会变革的宝贵见解，从早期人类的共同进化开始（见参考文献（5）中的表4），接着是农业、城市化、工业化和计算机化。理解这些早期社会变革对于协调新的系统干预措施至关重要。

**5. 知识分割的挑战**
将知识划分为众多学科和子学科同时是我们这个时代最大的科学和社会挑战之一（5,28），严重阻碍了进展，因为“我们无法看到整片森林而只看到树木”。跨多个学科的知识、方法和专业知识的深度融合需要融合（29?31）。尽管融合的定义有所演变，但最近强调（31）“新的框架、范式甚至学科可以源于融合研究，因为研究社区采用了共同的语言和新的科学语言”。因此，融合促进了跨学科研究（32），被视为学科间整合的巅峰（31,33）。由于全新世系统跨越了大量的学科边界，因此需要融合来应对由此产生的社会挑战。

在这篇综述中，我们在之前提出的基于部分可量化、可科学验证的理论框架的进化系统-系统融合范式（5）的基础上进行了扩展（5），该范式可以用来系统地识别、分解、描述并整合嵌套的地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统。之前的批判性综述概述了使人类能够将地球系统转变为全新世系统的进化机制（5），但在新的综述中，我们将范围扩大到包括生态系统、动物和人类的共同进化（6），因为这符合“一个地球”的方法要求（4,5,17,34），并且需要一个整合地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统的进化框架（5,34）。

正如我们将要论证的，进化视角至关重要，因为我们需要理解导致这些社会挑战出现的因果一致的跨尺度进化机制。系统-系统的视角同样重要，因为我们需要尽可能有效地管理前所未有的尺度和复杂性。扩展的进化系统-系统融合范式将使“一个地球，一个健康”及其相关的全新世社会挑战能够以整体的方式得到理解和应对，通过跨多个系统和尺度的因果一致的战略干预来实现。然而，这一范式的开发和实施需要我们在科学和工程方法上进行重大变革，主要包括五个要素：

1. 一个因果一致、可科学验证的理论框架，用于描述行星尺度元生态系统中的全新世系统。
2. 基于共同语言的跨尺度、模块化、层次化的全新世系统概念模型，这些模型能够协调不同学科的本体论。
3. 直接基于这些概念模型的通用计算框架，具备敏捷性、可扩展性和可伸缩性。
4. 一个连贯的决策支持系统，用于与概念模型和计算框架互动，有效整合不同尺度和组织层面的各种利益相关者的观点。
5. 全面的教育方法，培养新一代的全新世系统整合者来开发和实施这一范式。

**6. 详细阐述五个要素**
为了证明进化系统-系统融合范式的五个必要要素，我们在第2节更详细地讨论了几个相关研究领域的局限性。第3节采用进化视角，第4节采用系统-系统的视角。第5节概述了这些要素的要求，这些要素对于促进沟通、协调、能力建设和合作至关重要（见图1）。第6节简要概述了该范式的开发和实施情况，第7节总结了研究需求。鉴于其广泛的范围，这需要一种敏捷的方法（27,35），通过迭代进行，每次迭代都会产生新的见解，并根据这些见解进行改进，从而降低首次投资的实施风险，并为实现雄心勃勃的目标提供可行的路线图。

**7. 相关研究领域的局限性**
在几个密切相关的跨学科和多学科研究领域取得了实质性进展（36），包括地球系统科学（36）、综合评估和建模（37）、社会生态系统研究（38）、社会水文学（39）、土地系统科学（40）、社会环境系统建模（41）、多部门动态（42）、灾害韧性（43）、循环经济（44,45）、全球多重危机（19,20）以及融合研究（46,47）。不幸的是，对于我们的目的而言，这些领域存在三个主要局限性：
- 它们没有基于导致全新世及其社会挑战的进化机制；
- 它们包含社会和生态系统元素，但这些元素很少基于因果一致的进化框架；
- 它们的框架不够整体，无法应对高度相互依赖且不断演变的社会挑战。

以一个具体的例子来说，《生态与社会——韧性と持続可能性のための統合科学ジャーナル》（Ecology and Society）正在出版的关于“可持续区域系统的融合科学”特刊中的九篇论文（47?55）显示，没有一篇论文提到导致全新世的进化机制。尽管社会生态系统研究中考虑了进化方法（例如，见参考文献（56?59）），但这些方法尚未提供一个因果一致的进化框架，这意味着无法有效协调跨多个系统和尺度的干预措施。事实上，社会生态系统研究领域承认了这些局限性，指出存在“持续的挑战，包括概念和方法上的碎片化、难以将局部见解扩展到全球框架（反之亦然），以及难以捕捉跨尺度的联系和过程同时保持情境相关性”。

全新世的社会挑战，包括“一个地球，一个健康”，通常被孤立地对待（5,26,27）。因此，上述相关研究领域中有许多正在进行的研究项目（可能数以万计）。许多新的框架和方法正在为各种社会挑战而开发，其中大多数涉及相同的系统（例如土地利用、流域、能源、交通、气候、通信、经济等大多数社会文化系统），并且大多数项目需要在许多相同的系统内进行广泛的干预。这些项目有各自偏好的语言、本体论和计算框架（见第4节），越来越多的项目包含社会系统的元素。

显然，城市区域在多个尺度上推动环境变化（61），并在人类-地球系统中集中了复杂的多部门互动（62）。现在想象一个地区内的城市，它面临多个相互依赖的社会挑战和多个嵌套的、高度相互依赖的系统，这些系统随着文化和技术发展的加速而不断演变。如果不同的群体在同一城市地区使用不同的语言、本体论和计算框架来应对不同的社会挑战，我们必须提出以下问题：
- 人类世系统的共同演化能否以因果一致的方式表示？
- 社会文化系统和社会技术系统中对人类行为的多种不同方法（例如，参见参考文献（63））能否与其他人类世系统（例如，地球物理系统和生物物理系统）协调一致地整合？
- 多个人类世系统中的不同本体论能否调和？
- 如何同时管理巨大的复杂性和深度不确定性？
- 在多个异构的人类世系统中，所需的跨尺度干预（例如，在地方、城市和区域层面）能否协调和整合？

到目前为止，我们只考虑了一个地区的城市，但实际上有成千上万的城市地区（全球可能有10,000个城市，其中大约40个城市的 population 超过1000万），这些地方都面临着类似的问题。我们还需要问：
- 在城市层面上，是否有可能实现针对多个相互依赖的社会挑战所需的沟通、协调、能力建设和合作？
- 在一个城市地区获得的新知识能否迅速被纳入正在开发或应用于许多其他城市地区的计算框架中？
- 城市、区域和全球的能力建设倡议能否利用一种共同的语言、本体论和计算框架？
- 研究机构和专业协会是否正在协调他们的活动，以试图改变相关知识领域和学科中的主导文化？
- 通常处理各种社会挑战的资助机构是否在协调他们的研究申请，以充分利用有限的资源？

不幸的是，对于上述十个问题中的任何一个，都很少有积极的答案。

尽管与这些研究密切相关的领域（例如，参考文献（19,20,34,36?47）在解决涉及耦合系统的跨学科问题方面取得了宝贵的进展，但它们的框架还不够全面，无法同时解决“一个地球、一个健康”以及人类世相关的相互依赖的社会挑战，并在多个系统和尺度上进行因果一致的战略干预。

3. 进化视角
动态的进化机制使数十亿人能够深刻地改变地球的系统，（36）形成了一个全球互联的元生态系统（1,23,34,64,65），这可以表示为一个人类世系统的系统。（5）

3.1. 广义上的进化概念
地球上生命的起源故事（66,67）是地质、遗传、文化和技术进化的结果，（5）认识到进化不仅仅局限于生物学（68），只需要变异和选择性保留。（69）地球可以被视为一个进化的行星系统（70），其化学元素在恒星中演化（71），从而使得地球上的矿物得以演化（72），这些矿物又影响了我们全球互联的元生态系统和地球上生命的共同演化生态位。（73,74）同样，人类组织、（75）技术、（76）以及知识（77）也在进化，包括我们对人类世系统的形式、功能和行为方式的理解。（74,78?84）从这个广泛的进化视角出发，可以识别出一个嵌套的人类世系统集合（5）（见图2）：
- 地球物理系统，例如包括地质、海洋、大气和水文系统；
- 生物物理系统，整合了生物和地球物理系统，例如包括生态和土壤系统；
- 社会文化系统，是强调社会知识和文化的生物物理系统的特化形式，包括认知、通信、教育、经济、法律和治理系统；
- 社会技术系统，是强调技术知识和技术的社会文化系统的特化形式，包括土地利用、能源、农业、采矿、交通、工业和其他基础设施系统。

图2
图2. 右侧显示了20个主要的人类世系统的初步列表。左侧的图像提供了一个城市地区中人类世系统系统的视觉表示，底部是“现实世界”，上面叠加了10个相互依赖的系统。底部的图像展示了在地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统的共同演化、嵌套的进化集合中的主要人类世系统。

尽管文化和技术进化密不可分，但区分社会文化系统和社会技术系统仍然是有用的，因为技术和社会中介的技术知识大大增强了人类的影响，并加速了人类世系统集合中的共同进化机制。早期的地球物理和生物物理系统当然总是通过全球气候和板块构造相互连接，但最近的社会文化系统和社会技术系统极大地加快了系统间的互动速度，并大大扩展了系统间的互动范围，形成了一个更加动态、全球互联的人类世系统。（5）

基于科学可证伪的进化原理的因果一致（即机制上一致）的理论框架将使研究人员能够从更一般的前提中得出具体预测，这在行为科学中尤其迫切需要。（85,86）例如，对与生物物理和社会文化背景共同演化的人类行为的更动态理解（87）有助于更好地理解人类世的动态。没有科学可证伪的理论框架，结果既不是预期的也不是意外的，因为它们无法与其他知识领域的研究联系起来。（85）更广泛地理解共同进化，而不是简单的情景（即生物独立适应特定环境），揭示了一系列互动（例如，互利、共生、竞争和对抗），这些互动为生态策略提供了背景和细微差别。（88）此外，生物可能会主动修改自己和他者的生态位，当这些修改影响进化选择时，通过生态位构建进行进化成为可能。（89）共同演化的地球物理系统在生态位构建中起着重要作用，因为生物改变了它们的环境，需要将其包括进来以更完整地表示共同演化的生态位。人为变化提供了一个引人注目的例子，说明人类有意或无意地影响了地球上生命的生态位（73）。

evoSoS范式旨在将地球物理科学、生物科学、健康科学、社会科学、工程学和人文学科协调一致地整合起来，提供一个部分可量化的、因果一致且科学可证伪的理论框架。至关重要的是，这个框架可以表示社会文化系统中的人类行为。（85）不幸的是，人类行为与背景之间的相互依赖关系在很大程度上被忽视了（90），尽管环境和生态心理学（83,91）以及历史心理学（92）已经取得了一些进展。（92）基于这些和类似的倡议（93），evoSoS融合范式使得行为科学——包括塑造感知、审议和推理的物理、社会和进化背景——与行为发生的地球物理、生物物理、社会文化和社会技术背景相结合。

人类行为（92）受到数十亿年的基因进化、数百万年的文化进化以及短暂的知识积累的影响，为行为改变提供了杠杆。（94）几种主要的进化机制（例如，亲属关系、互惠、地位、领导者、信号传递、惩罚、情绪、仪式、规范和制度）（69,95?98）可以用来解释社会文化系统中的合作和竞争。社会文化系统中还有其他机制和元素可以考虑（例如，参见参考文献（5）中的表4和附录），但作为一个说明性的起点，一个社会文化系统的通用模型可以表示如下：社会文化系统中的个体使用自己的认知系统处理信息，通过通信系统与其他个体合作和竞争，获得和失去地位和领导地位，获得和遗忘知识、规范和制度，并与其他个体结成联盟。同样，个体群体通过通信系统与其他群体合作和竞争，获得和失去地位，获得和遗忘知识、规范和制度，并与其他群体结成联盟。治理、法律、经济和教育系统指导和限制共同演化的动态。

由此产生的社会动态涉及个体、群体和群体集合，这些模块化、可扩展的基于代理的结构（例如，参见参考文献（99））在所有社会文化系统中传播。例如，（5）文化变体（例如，技能、工具、习惯、习俗、仪式、规范和制度）可以通过社会学习或获得。（83,100）当文化变体的学习错误较少时，文化传递就会发生，即使是很小的、不明显的改进也能被保留下来，当对现有文化变体的小改进在人群中传播时，文化进化就会发生。（100）一旦理解到人类是通过合作、共依存、协作和竞争从单细胞生物进化而来的，植物、真菌和动物也是如此，就可以接受地球上所有物种之间的相互关联性（81,83,101），它们进化的模块性为提高我们对人类世系统相互联系性质的理解提供了巨大潜力（5）（见图3）。实际上，已经提到的共同进化生态策略（互利、共生、竞争和对抗）（88）本质上与人类共同进化策略（合作、共依存、协作和竞争）相同。此外，这些生态和人类策略本质上等同于典型的细胞策略，为细胞作为生命进化的机制基础提供了有力的证据。（74,102,103）

图3
图3. 进化树，修改自（104），时间以数十亿年前（Gya）为单位。右下角的四张图像提供了一个简化的表示，修改自（105），展示了单个生物的模块化嵌套进化层次结构，包括单细胞原核生物、单细胞真核生物、简单的多细胞真核生物和复杂的多细胞真核生物。

3.2. 地球上的生命领域
应对人类世社会挑战的人类倡议需要在多个系统和尺度上进行协调的战略干预（106），但需要一个更全面的框架。理解共同演化的人类世系统的最佳方式是描述导致其形式、功能和行为演化的进化机制。虽然LeDoux的四个存在领域（105）是在关注人类意识的基础上发展起来的，但它们为我们的方法提供了一个连贯的进化背景，可以总结如下：
- 生物领域涵盖了所有生物学，包括植物、真菌和动物，如图3所示。
- 神经生物学领域由神经系统促进，所有动物都进化出了神经系统，使它们能够以其他生命形式无法实现的速度和精度控制自己的身体。一些具有神经系统的动物还具有认知领域，能够使用心理模型来控制广泛的行为。
- 最后，意识领域使人们能够体验和思考世界。这些领域（105）是层次化的、嵌套的，并且高度相互依赖（见图3和4），可以扩展到包括地球物理领域，共同演化的地球物理系统为地球上生命的出现和随后的共同进化提供了基础。（5）

图4
图4. 地球上的生命领域，修改自（105）。躯体领域对外部环境有导向，可以在全球、区域、城市和地方尺度上应用，而内脏领域则对内部环境有导向，包括器官、细胞、细胞器和分子。

基于Romer对人类神经系统的概念化（108），LeDoux提出（105）身体与外部世界的互动（也称为外感受）由躯体神经系统处理，而内部身体功能（也称为内感受）由内脏神经系统服务。这将躯体神经系统和内脏神经系统提升为主要层次，使它们的中枢和周围神经组织成为次要层次。从进化的角度来看，这是有道理的，因为中枢和周围神经系统并不是进化选择的目标。相反，目标是执行内脏和躯体功能的模块化组件。（105）实际上，躯体领域和内脏领域并不是从动物开始的，而是存在于所有生物中（包括植物、真菌和动物），始于我们的单细胞原核祖先，并通过单细胞和多细胞真核生物进化而来（105），如图3所示。这意味着原始生物领域的内脏和躯体功能被延续到了当前的生物领域，并且随着动物的进化和多样化，这些功能也延续到了当前的神经生物学、认知和意识领域。（105）LeDoux将各种行为控制过程进行了分类（见图4）。神经生物学领域包括非认知和非意识的行为控制（反射、本能、巴甫洛夫条件反射和习惯）。认知领域包括认知但非意识的行为控制（非意识的工作记忆、非意识的推理和直觉）。意识领域包括认知和意识的行为控制（意识的工作记忆、意识的推理）。总的来说，这将与快速思考和慢速思考相关的两个系统扩展为三个系统。（105）然而，最重要的是，这些领域涵盖了地球上所有的生命形式，包括人类。尽管关于意识的当前理论仍有许多争议（111,112），LeDoux提出了一种与所提出的领域一致的意识理论（105）。鉴于这些领域涵盖了地球上所有的生命形式，因此有可能将意识的概念扩展到人类之外（113），尽管可能需要修改图表以包括植物和真菌的认知功能（78,114）。

3.3. 人类世系统是模块化和层次化的
模块化是多个学科研究的重点，包括遗传学、发育生物学、功能形态学、群体生物学和进化生物学（115），以及生物网络、神经网络、社会网络、语言网络和电子网络（116）。虽然模块化通常被认为是所有生物的基本特征，并对进化有深远影响（115），但模块化的概念显然取决于其使用的背景。我们的目的是利用进化的模块化来揭示导致我们这个全球互联的人类世系统的因果一致性和层次化机制（117?120）。

3.3.1. 系统的进化细化
鉴于神经生物学、认知和意识领域的重要性（见图4），以及它们在促进人类应对人类世社会挑战中的作用，从进化角度来看，记录大脑的形态和功能变化及其所促成的行为变化是一个基本方面（104,121）。目前重点关注人类谱系中大脑的进化：早期两侧对称动物的定向导航能力、早期脊椎动物的强化学习、早期哺乳动物的基于模型的强化学习、早期灵长类的心理化能力以及人类的语言能力（104,121）。这种系统进化细化的理论（122）可以用来解释大脑和适应性行为的逐步复杂化，这是从更基本的构建块进化而来的结果。换句话说，先前的创新对未来的创新施加了限制，这意味着生物系统的进化设计高度依赖于路径依赖性。我们应该能够对共同进化的人类世系统的形式、功能和行为获得类似的见解，从而揭示生命领域（见图3和图4）是如何变得越来越复杂和相互连接的（5）。

3.3.2. 生物和生理电路
另一个密切相关的进化见解有助于将我们对共同进化的人类世系统的理解与系统生物学中的生物电路（123）和系统医学中的生理电路（124）结合起来，整合了将地球上所有生命形式连贯连接的深层进化机制（74）。合作的典型细胞能力、相互依赖、协作和竞争（74,102,103）起源于原始生物领域，并通过共同进化延续到了当前的生物、神经生物学、认知和意识领域（105）。同样，生物和生理电路由可以几乎独立运行的模块化单元组成（125）。这些网络模式（125?127）是系统生物学（123）和系统医学（124）中生物电路的模块化构建块。网络模式也被称为电路模式（124,128,129），它们是比随机网络中更频繁出现的基本交互模式。网络模式在真实网络中并不是随机分布的，而是以保持自主性的方式组合在一起，从而产生新的属性（116）。同样的小集合网络模式似乎是从细菌到哺乳动物的转录网络的构建块，在信号转导网络、神经网络和其他生物网络中也发现了特定的网络模式（123,124）。每个网络模式都可以作为一个具有明确功能的基本电路，包括过滤器、脉冲发生器、响应加速器和时间模式生成器（123,124）。进化似乎收敛于相同的模式，可能是因为它们是最简单且最稳健的信息处理电路（123,124）。这些模块化构建块被认为是在进化时间尺度上适应的结果（130），从而产生了高度可进化且能够快速适应共同进化生态位中新目标的生物体。存在各种生物系统在不同的尺度上相互作用，用于处理信息、做出决策并实现生物体的特定目标（131）。这些模块化和层次化的系统包括化学网络（132）、神经网络、生理电路、单个生物体以及社区内的生物体群体（131）。进化导致了现有和新机制在目标导向空间中的逐步选择，使得在代谢、生理、转录、形态和行为空间中实现适应性迁移成为可能（133）。形态变化涉及复杂的、多尺度的反馈机制，这些机制以基因无法直接编码的方式影响行为（81,133）。因此，我们需要从考虑在生物体内单一位置起作用的因果关系转向理解更大互联系统的行为。同样，我们需要从研究分子事件转向研究系统模式，这可能导致从短暂控制单一目标的药物转向长期对生物体多个部分施加限制的治疗方法（134）。尽管普遍认识到冗余和稳态控制电路的存在，但我们仍需要更好地理解可靠地实现复杂系统目标的纠正性和自组织过程（134）。

转录网络（纳米级分子在几小时的时间尺度上相互作用）和神经网络（微米级细胞在不到几秒的时间尺度上相互作用）中的网络模式相似性非常明显（123）。虽然神经元在感觉神经元和运动神经元之间处理信息，但转录网络在接收信号的转录因子和在细胞内外环境中起作用的基因之间处理信息。这种功能上的相似性表明，进化在两个网络中都收敛于相似的网络模式以执行重要的信息处理任务（123）。事实上，这种进化的模块化存在于所有生物组织尺度上，包括多细胞生物、器官、单细胞生物、细胞、细胞器、基因和分子（123）。这种方法的力量在Alon的疾病周期表中得到了体现（124）。使用周期表作为比喻，可以根据丰度和更新频率对细胞类型进行分类。这使得一系列疾病（退行性、进行性纤维化、自身免疫性疾病、毒性腺瘤、免疫过敏和肿瘤流行）可以根据器官和细胞类型进行分类（124）。最有趣的是，表格中的每一类疾病都对应一个特定的电路模式（124）。此外，表格中的模式还与发病年龄、疾病流行率和当前治疗方法相关，同时也暗示了潜在的未来治疗方法（124）。

3.3.3. 内脏和躯体领域
进化机制产生了我们的人类世系统。由此产生的全球互联的元生态系统具有从全球尺度到微观尺度的因果一致机制。这些尺度可以通过不同的方式识别，但我们可以从全球、区域、城市和局部尺度开始（见图1）。此外，可持续地平衡人类、动物和生态系统的健康需求涵盖了地球上所有的生命形式。如图3所示，生物体可以是单细胞原核生物、单细胞真核生物、简单的多细胞真核生物或复杂的多细胞真核生物。因此，相关的尺度延伸到这些生物体内部，包括器官、细胞、细胞器、基因和分子（对于复杂的多细胞真核生物）；细胞、细胞器、基因和分子（对于简单的多细胞真核生物）；细胞器、基因和分子（对于单细胞真核生物）；以及基因和分子（对于单细胞原核生物）。令人鼓舞的是，大脑科学和身体科学之间的概念区别正在逐渐消失，有巨大的机会将它们统一到一个概念框架中（133）。如前所述，与认知相关的综合处理既关注内部的内脏领域，也关注外部的躯体领域（见图4）。这为管理人类世系统中的广泛尺度复杂性提供了一个有用的概念边界。我们选择识别的主要人类世系统示例（总结在图2中）需要随着evSoS范式的不断发展而扩展和完善，但原则上它们可以应用于全球、区域、城市和局部尺度，其中单个生物体形成社区和元生态系统。这种尺度范围可能是面向外部的概念模型和相关计算框架的极限（见第4节）。然而，因果一致的跨尺度机制可以通过与进化系统生物学和系统医学的联系扩展到单个生物体（123,124,133,135?137）。通过这种方式，可以基于当前在进化系统生物学、网络生物学、生物医学工程和系统医学方面的知识，创建面向内部的概念模型和相关计算框架。内部导向（内脏）和外部导向（躯体）领域之间的互动主要通过共同的认知系统来协调（见图4）。正如第4节将强调的，只有使用共同的语言和协调的本体论，才能在这两个领域之间实现有效的沟通。

4. 系统-of-系统视角
我们使用进化视角来概述一个理论框架，以帮助我们识别和分解人类世系统，但我们仍然需要创建概念模型和计算框架来帮助我们描述和整合人类世系统。采用系统-of-系统的视角意味着我们可以利用几十年来在系统工程方面的根本进展，这些进展传统上专注于社会技术系统，包括人类系统的整合（138），以帮助应对人类世的社会挑战（27）。特别是，基于模型的系统工程（MBSE）（139,140）、系统建模语言（SysML）（141）和异构功能图论（HFGT）（142,143）共同提供了一种强大的方法来应对这些复杂挑战。MBSE作为一种通用方法，可以用于实现各种规模的系统建模（139），旨在处理大规模和复杂的系统。在接下来的部分中，我们将简要回顾从系统-of-系统的角度出发的概念模型、建模语言、本体论、系统架构和异构功能图论。

4.1. 概念模型、建模语言和本体论
简而言之，一个感兴趣的人类世系统的概念模型（见图2中的示例）具有目的、边界以及通过明确定义的接口相互作用的系统元素，从而形成系统的形式和功能。边界定义了系统的范围，可以是物理的或概念的。系统和元素具有明确定义的属性、要求和约束。属性包括功能，这些功能与系统形式一起决定了系统的行为。利益相关者对系统感兴趣，但位于系统边界之外。可能还有其他支持系统也位于系统边界之外，通过系统边界上的明确定义的接口与系统进行交互。系统也可以是层次化的，其中系统元素可以聚合（放大）或分解（缩小）。最终，可以创建一个“系统之系统”的框架，在这个框架中，所关注系统的各个组成部分本身也是系统。之所以需要这种“系统之系统”的视角，是因为存在复杂性问题（例如，当复杂性未被识别因而无法管理和控制时）、沟通问题（例如，当沟通失败或含糊不清时）以及理解问题（例如，当没有考虑到不同的观点并做出了错误的假设时），这三个问题相互叠加，导致问题更加严重。(139) 在开发人类世系统的模型时，为了改善沟通（这种沟通发生在开发和使用模型的人员、组织以及系统与系统元素之间），一种主要方法是使用一种共同的语言。(139) 实际上，MBSE 使用了一种结合了口头和视觉的通用语言（系统建模语言 SysML），以及多种特定领域或学科的语言，所有这些语言都需要尽可能有效地进行管理。例如，SysML 可以被视为统一建模语言的一种方言(139)，它被创建用于管理复杂软件系统中的沟通。如图 5 所示，SysML 的语义和图形相结合的特性在试图同时改善沟通和协调人类世系统中各种特定领域或学科的本体时非常有用。图 5：开发人类世系统模型涉及科学知识的创建和使用，并将这些知识转化为现实世界、系统思维、视觉、数学和计算领域之间的语言。从系统工程的角度来看，本体可以被看作是对共享领域概念化的正式、明确的规范(146)，它描述了现实（知识领域）、对现实的理解（领域概念化）以及用语言对现实的描述之间的关系。本体可以使系统及其元素的形式和功能变得明确，并帮助利益相关者更好地理解大型系统中的复杂性。(146) 一个“系统之系统”的概念模型需要一个定义明确、普遍适用、必要且充分的本体，以使概念和术语精确无误。(146) 本体避免了歧义，并提供了被广泛接受且一致的词汇，促进了人类之间以及人类与计算机之间的语义互操作性。(146)现在考虑与异构人类世系统相关的收敛挑战(142)，每个系统都有其自己的领域概念化和相关的语言及本体。首先，人们通常只接受单一领域的概念化训练，而不是多个领域的概念化。事实上，单个人甚至许多人可能不具备对多个领域的充分了解。因此，一组具有各自领域概念化的个体必须合作并达成对多个领域概念化整合的共识。他们很快发现每个领域概念化都伴随着相应的语言，从而产生了一种“语言的语言”。由于每种语言都是为了满足其相关领域的需求而独立开发的，因此在各种语言之间实现共同的、一致的理解是困难的。虽然有可能开发出一种能够在各种语言之间进行翻译的能力，但当有 N 个领域时，需要 N(N-1) 个翻译者（例如，10 个系统需要 90 个翻译者），这并不具有可行性。唯一的替代方案是投资开发一种能够将各种语言统一为单一通用语言的工具。基于这些原因，HFGT 采用了一种单一的通用语言（SysML）作为“语言的语言”。对于“系统之系统”而言，这需要实例化、引用和元架构。4.2 系统架构系统架构通常包括三个部分：结构架构（即形式）、功能架构（即功能）以及功能到形式的映射。结构架构是对系统分解元素的描述，但不涉及构成每个元素的系统资源的性能特性。功能架构以解决方案中立的方式描述系统流程，可以是串行的、并行的，也可能是层次化的。系统概念则是将功能架构映射到结构架构的结果，从而完成了系统架构的构建。实例化的系统架构是一种特定于案例的架构，代表了现实世界的场景。在这个层次上，结构架构由一组实例化的系统资源组成，而功能架构由一组实例化的系统流程组成。系统概念中的映射定义了哪些资源执行哪些流程。参考架构是对实例化系统架构的概括。它不是使用单个实例作为结构架构和功能架构的元素，而是用这些实例的特定领域类来表达。这样，参考架构捕捉到了现有实例化架构的本质，并为开发新的实例化系统架构提供了未来需求的视角。这样的参考架构有助于多个学科或组织之间对当前架构及其未来演变的共同理解。参考架构基于实践中验证过的概念。通常，会从之前的架构中提取这些经过验证的概念。因此，参考架构将实例化系统架构概括为适用于某一学科或知识领域的通用架构。然而，参考架构并不超越领域概念化的范围。元架构进一步对参考架构进行了概括。它不是用特定领域的元素来表达，而是用领域中立的类来表达。参考架构由将特定领域的功能性和结构性元素概括为领域中立等价的原始元素组成。虽然还没有为所有目的开发出单一的工程系统元架构，但已经开发了几种跨越多个特定领域的方法论。在动态系统的设计中，键图(147) 和线性图(148) 使用通用电容器、电阻器、电感器、旋转变压器和变压器作为原始元素。在系统动力学中，使用存量和流量作为原始元素(149)，而在图论(150,151) 中，使用节点和边作为原始元素。每个领域都有其自身的应用场景。然而，它们的充分性最终需要通过本体论分析来验证，包括合理性、完整性、清晰性和简洁性（更多细节见参考文献(142)）。异构功能图论利用了自己的元架构，该元架构已被证明可以概括线性图、键图、形式图论、系统动力学和水文系统以及经济投入产出系统(143,152?156)。鉴于本体论清晰性的重要性，HFGT 在将这种元架构从 SysML(141) 的描述转换为数学和计算表示时特别小心，如图 5 所示。4.3 异构功能图论HFGT(142,143) 是网络科学（包括形式图论和多层网络）和 MBSE 的融合。图论主要关注系统的抽象形式模型，而忽略了系统功能的明确描述。例如，在具有节点和边的形式图中，节点通常代表位置，边代表节点之间的连接。形式图中的节点和边由名词描述。由于许多复杂系统包含多个具有多层连接性的元素，因此经常将形式图扩展为多层网络(例如，参考文献(157)）。在这种情况下，可以使用操作数（包括物质、能量、信息和个体生物）来连接边和节点。然而，在现实世界的人类世系统中，操作数在节点之间移动时会经历传输和转换过程。HFGT 克服了形式图和多层网络的局限性（例如，已经证明 HFGT 克服了多层网络中的八个先前识别的建模约束(142,158)），使得能够包含描述系统形式和功能所需的名词和动词短语。图 6 展示了用 SysML 表示的 HFGT 元架构。参考架构描述了所有潜在的系统能力，而该参考架构的实例化版本则包括多个操作数、能力、缓冲区和系统流程。如图 6 所示，HFGT 通过一组系统资源作为主语，一组系统流程作为谓语，以及一组操作数作为它们的构成对象，明确了与通用语言的连接。这样，系统流程可以被分配给系统资源，形成称为系统能力的“主语+动词+宾语”句子。因此，SysML 和 HFGT 共同创建了一种通用语言和计算框架，提供了生成本体论上连贯的计算模型的手段。元架构的抽象性质具有高度的可扩展性，意味着可以根据需要添加新的操作数、新的资源和新的流程。此外，HFGT 具有高度的可扩展性，意味着参考架构的元素可以根据需要被多次实例化。图 6：使用系统建模语言（SysML）表示的异构功能图论（HFGT）元架构。HFGT 元架构包括三种类型的资源（传输资源、独立缓冲区和转换资源），这些资源能够执行两种类型的流程（传输操作数，其中隐含持有操作数和转换操作数）。块之间的线条表示定义结构关系的各种关联，并直观地展示了系统元素是如何连接或组合的。HFGT 可用于分析系统形式以及模拟系统行为(142,158?165)。HFGT 已经证明了其在人类世系统中的相关性，应用于电力、水资源分配、天然气、石油、煤炭、氢能、交通、制造和医疗保健系统等领域(142,160?165)。或许更重要的是，它还被用于这些系统的组合，例如美国多模式能源系统(166)，这是一个由四个独立但相互依赖的基础设施企业组成的系统之系统。HFGT 可以对任意数量和拓扑结构的系统进行建模，这些系统以任意方式相互连接(142)。本质上，HFGT 从一个与任何系统无关的通用元架构（图 6）开始，然后使用该元架构创建一个特定系统的计算模型，该模型是层次化的、可扩展的且可扩展的。5. 进化的“系统之系统”收敛范式为了同时解决“一个地球”和“一个健康”的问题，evoSoS 收敛范式要求进化科学家、行为科学家、自然科学科学家、健康科学家、系统科学家和工程师系统地识别、分解、描述并整合嵌套的、进化的地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统。这里我们简要描述了该范式的五个主要组成部分（理论框架、概念模型、计算框架、决策支持系统和教育方法论），如图 7 所示。图 7：敏捷的、进化的“系统之系统”收敛范式的示意图，用于全面理解和应对人类世相关的“一个地球”、“一个健康”以及相关的社会挑战。图 7：敏捷的、进化的“系统之系统”收敛范式的示意图，用于全面理解和应对人类世相关的“一个地球”、“一个健康”以及相关的社会挑战。5.1 理论框架第一个主要组成部分是一个因果一致、可科学验证的理论框架，用于描述地球尺度元生态系统中的地球世系统。该框架包括在全球连接的元生态系统中进行生态位构建的个体生物。可以表示的生物包括单细胞原核生物、单细胞真核生物、简单的多细胞真核生物和复杂的多细胞真核生物，基本上涵盖了地球上的所有生命形式，包括植物、真菌和动物（图 3）。该框架基于地球物理、生物、神经生物学、认知和意识领域，整合了所有地球世系统的深层进化机制。这些因果一致的、跨尺度的机制可以在全球、区域、城市和地方尺度上应用，也可以扩展到包括器官、细胞、细胞器、基因和分子在内的个体生物层面（图 4）。一个基于对地球世系统如何共同进化并日益相互连接的理解的进化理论框架，在将地球世系统与人类认知、沟通及由此产生的行为联系起来时至关重要(92)。这是因为人类大脑的进化(121,167)，结合文化和技术的进化，推动了地球世的进化。我们的思维方式、沟通方式以及决策方式，以及将决策转化为行为的过程，都受到我们生活所交织的地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统共同演化的影响，同时也影响着这些系统。（5）一种基于地球系统的方法，能够全面考虑系统范围内的人类与环境的相互作用（3），最终必须涵盖所有人类世系统，从全球尺度到个体生物体内的分子层面。（4）5.2. 概念模型第二个主要组成部分包括跨尺度、模块化、层次化、动态化的概念模型，这些模型基于共同的语言，并能够调和不同学科的本体论。这一理论框架可以转化为描述整个人类世系统形态和功能的概念模型。开发具有明确机制的因果一致模型是提高我们对多尺度元生态系统理解的最可靠方法（168?170）。这些模型还应该具有层次一致性，而这得益于人类世系统的演化特性（例如，参见参考文献（171,172）和图3）。如图7所示，evoSoS收敛范式可以容纳基于机制的“白箱”模型、理论指导的机器学习“灰箱”模型，以及机器学习“黑箱”模型，并且随着对机制理解的深入，可以从黑箱模型逐步过渡到灰箱模型再过渡到白箱模型（例如，参见参考文献（155））。尽管SysML最初是为包括人类系统集成在内的社会技术系统设计的（138），并被提议作为概念模型的通用视觉和语言工具，但它可能需要针对某些人类世系统进行重新调整（27）。例如，将SysML与现有的标准（如系统生物学标记语言SBML）（173）结合使用可能会很有价值。5.3. 计算框架第三个主要组成部分是建立在概念模型基础上的通用计算框架，这些框架具有灵活性、可扩展性和可扩展性。我们目前设想了两个互操作的计算框架（一个用于躯体领域，另一个用于内脏领域，如第3节所述），它们可以在各自领域内适用于相关的尺度。SysML使用通用的视觉和语言创建本体论上一致的概念模型，而HFGT则直接基于这些概念模型，提供了生成本体论上一致的计算模型的手段。在概念模型及其相关的计算框架中，可以处理的对象包括物质、能量、信息和个体生物体。因此，原则上我们可以开发出涵盖地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统的综合模型，这些模型能够在躯体领域和内脏领域的不同尺度上进行实例化。MBSE（27）、SysML（141）和HFGT（142）为应对复杂的社会挑战提供了一种强大的方法。如图5所示，该方法首先将现实世界中的人类世系统转化为SysML以整合和调和本体论（141），然后使用HFGT（142,143）算法化地从图形化的SysML模型过渡到相关的数学模型，最终到计算模型。HFGT特别有用，因为它能够协调地跨越空间和时间尺度。基于质量和能量平衡的模型（这在地球物理系统和社会技术系统的技术子系统中很常见）非常适合用HFGT来处理（155）。5.4. 决策支持系统第四个主要组成部分是一个连贯的决策支持系统，用于与概念模型和计算框架交互，从而有效整合跨越多个尺度和组织层次的广泛利益相关者的观点。决策支持系统的开发者面临以利益相关者为中心、以模型为中心和以系统为中心的问题，最近的一篇综述（174）提供了关于如何构建这些系统的建议。方法包括利益相关者的参与和参与式建模，在多个系统之间平衡协同效应和权衡，以及在高度不确定的情况下支持决策制定（41,175,176）。一个evoSoS决策支持系统必须以符合利益相关者情感和认知的方式提供关于干预措施和情景的显著见解（177）。在可能的情况下，应可视化计算结果以支持图形化叙事，以便轻松获得现实世界的洞察并有效做出决策。最近关于战略环境危机管理的研究为设计能够整合高复杂性和不确定性问题的知识决策支持系统提供了指导。挑战在于在应对紧迫的人为危机的同时处理长期路径依赖性（177），决策支持系统应为专家和政策制定者之间的平等讨论提供一个平台。讨论的议程应围绕激发想象力的替代未来进行构建，并促进对认知偏见的批判性思考。增强想象力和质疑的工具包括将决策者带入想象中的未来的音视频仪表板，说明所考虑决策的影响（178），并帮助分析在可能的干扰情景下战略干预措施可能失败的情况。涉及人类世系统的社会挑战具有高度不确定性，许多决策方法能够进行定量分析并支持多方之间的讨论（179）。这些方法通常可以识别出在各种不确定条件下表现良好的稳健或低遗憾的管理策略。从整体角度来看，目标应该是最佳地管理复杂性和不确定性。5.5. 教育教学法第五个主要组成部分是一种全面的教育教学法，旨在培养新一代的人类世系统整合者（包括学生、学者、从业者和利益相关者），以发展和实施这一范式。我们设想evoSoS教育教学法至少包含七个组成部分：（1）介绍理论进化框架，包括揭示地球物理、生物物理、社会文化和社会技术系统嵌套组合的“起源故事”；（2）对人类世系统的因果一致、跨尺度概念模型的清晰理解；（3）将现实世界系统转化为SysML的收敛思维；（4）将SysML转化为数学和计算模型的HFGT；（5）数据分析和可视化；（6）基于利益相关者的决策支持系统；以及（7）收敛原则、团队科学（180）和良好的建模实践（181?183）。6. 开发和实施SoS和evoSoS收敛范式系统-系统收敛范式（184）正在国家科学基金会的一个“Growing Convergence Research”项目的支持下开发和实施，该项目专注于切萨皮克湾流域地区的三个相互依赖的社会挑战（农业影响、河口富营养化和区域经济增长）（见图7），最初关注三个相互依赖的系统（土地利用、流域和河口）。在用SysML表达土地利用和流域模型后，我们使用HFGT将它们整合起来（154,155）。统一的连续性和构成法则被应用于多个模型元素，生成了一个可扩展和可扩展的模拟结构，整合了土地利用部分、出口点、河流段和河口（154,155）。我们正在添加一个经济系统（156），并根据需要包括其他相关系统（例如，参见参考文献（153））。我们的决策支持系统基于SysML（185），并将利用HFGT计算框架来模拟感兴趣的情景和感知到的权衡。我们正在开发教育教学法（186），使用SysML作为通用语言，HFGT作为通用计算框架，来培养新一代的人类世系统整合者。尽管SoS收敛范式已经启动，但如第7节所述，仍需进一步研究理论进化框架。然后可以通过在SoS收敛范式（即切萨皮克湾流域+巴尔的摩，见图7）的基础上进行扩展，来测试结合evoSoS收敛范式（5,187），从而有可能考察区域、城市和地方尺度上的因果一致的战略干预措施。这种方法可以扩展到其他具有相关城市区域的地区（例如，科罗拉多河流域+菲尼克斯和哥伦比亚河流域+波特兰，见图7），展示如何利用evoSoS收敛范式促进所需的沟通、协调、能力建设和合作，最终扩展到全球范围内的战略选择区域。7. 研究需求自大约20万年前人类物种进化以来，人类一直在应对各种社会挑战。现在的一个重要区别在于，我们正在利用科学研究来帮助解决比以往更为复杂的社会挑战。虽然这是一个令人兴奋的研究机会，但当前学术和科学文化的碎片化性质（17）可能是阻碍我们更有效地利用快速积累的集体知识的最大障碍。全面应对“一个地球和一个健康”需要沟通、协调、能力建设和合作（6）。然而，如果没有共同的语言、调和的本体论、共同的概念模型和共同的计算框架，这些关键要求基本上是无法实现的。所提出的evoSoS收敛范式试图解决这些要求。尽管我们再次承认这一范式的艰巨性和雄心勃勃的性质（5），并再次强调我们既不寻求模拟一切也不预测未来（5），但只有从整个知识领域（包括所有人类世系统）的广泛概述开始，才能全面应对这些社会挑战。evoSoS收敛范式旨在以整体的方式应对“一个地球和一个健康”，需要在多个系统和尺度上进行协调干预。然而，当我们从全球尺度转向区域尺度、城市尺度再到地方尺度，在躯体领域从器官到细胞再到细胞器再到分子，在内脏领域从细胞器到基因再到分子时，应该清楚的是，潜在的干预措施是依赖于尺度的，随着我们放大或缩小尺度，不同的干预机会和转化路径会变得可见。因此，我们需要一个在感兴趣的范围内适用的因果一致的元生态系统模型。该模型还应该具有层次一致性，而这得益于人类世系统的演化形态和功能。不幸的是，我们尚未知道任何能够识别共同演化系统并将其从更大的人类世系统中分解出来，并以一种能够实现它们收敛的方式对其进行连贯描述的理论框架或概念模型，从而明确各种系统之间的跨尺度因果联系。尽管最终的尺度范围可能会有所不同，但从这些特定尺度开始意味着个体生物体会在地方尺度上得到表示，“一个地球”更多关注躯体领域，“一个健康”更多关注内脏领域，但两者仍然紧密集成，如图4所示。需要一个重大的协调倡议来开发跨尺度的社会文化系统模型及其与其他人类世系统的因果一致联系。虽然所有因果影响显然并不同等重要，但人类行为受到全球连接的人类世系统的影响，并且也受到这些系统的影响。第3.1节提供了一个更通用的社会文化系统模型概要，其中涉及个体、群体和群体组合，提供了一种连贯地缩放这些相互作用系统的方法。事实上，越来越多的人认识到需要采用复杂系统方法来表示社会文化系统的多尺度、多维度、动态和交互性质（例如，参见参考文献（188,189））。然而，要取得成功，我们必须克服人类行为研究的碎片化性质（例如，参见参考文献（63）），以实现社会文化系统及其与其他人类世系统之间更连贯的整合（见图2）。此外，为了可持续地平衡人类、动物和生态系统的健康，我们必须克服人类、动物和生态系统研究的碎片化性质，从而在生命各个领域实现更连贯的整合（见图4）。幸运的是，网络生物学（136）目前正致力于在不同条件和生命阶段全面理解整个细胞或生物体的相互作用组，包括从分子和基因到组织和器官的每一个生物相互作用图谱。此外，将网络生物学与其他学科相结合可以提供对生命的整体理解，将分子相互作用网络与组织层面的网络、器官系统以及生物体之间的相互作用（例如生态系统中的相互作用）联系起来。(136) 此外，机器学习为创建具有可调参数的生物模型提供了强大的工具，这些模型可以在结构化数据上运行，最近的方法旨在生成图元素（例如节点、边、子图和整个图），以捕捉这些元素拓扑结构的关键信息。(136) 网络生物学的这些发展很有前景，因为我们提出的evoSoS收敛范式克服了多层网络的许多局限性（例如，参见参考文献(190?192)），正如第4节所强调的。所需的沟通、协调、能力建设和合作将通过跨尺度、模块化和层次化的概念模型以及敏捷、可扩展和可伸缩的计算框架来促进。然而，我们需要新的研究计划来推动这一更广泛的研究议程。例如，国家和全球资助机构可以征集关于识别、分解、表征并最终整合人类世系统的最佳方法的研究。这将使类似竞争性收敛范式的科学评估成为可能，同时也有助于形成一个全球实践社区（例如，参考文献(193)），为特定的人类世系统开发社区模型（例如，参考文献(193)和(194,195)），这些模型可以在广泛的地球物理、生物物理、社会文化和社会技术背景下进行整合。SysML可以用来为多个人类世系统创建参考架构，并在开放科学平台（例如Open Modeling Foundation (196,197)）上共享，最终与基于云的计算环境（例如HFGT Toolbox (159)）相连。有效的能力建设也需要一种敏捷的方法(27,198)，这意味着evoSoS收敛范式的开发和实施应该通过精心规划的迭代来进行。我们往往过于倾向于采用渐进式方法，因为它们能提供短期的见解，而没有考虑这些方法是否会导致分析上的死胡同。那句已有50年历史的说法（80）“生物学中的任何现象只有在进化的背景下才有意义”，最近被扩展到了文化进化（199）和基于认知的进化（81,82,112）领域。尽管现在看来，人类世中的任何现象只有在地质、遗传、文化和技术进化的背景下才有意义，但回想一下100年前Smuts（200）提出的观点仍然令人谦逊：“整体性……是宇宙中整体产生和发展的原则”，以及“进化只不过是从无机起源到最高层次的精神创造的一系列整体的逐渐发展和分层。”