摘 要：用系统论解析猪—微生物系统，指出新旧疫病的发生都是该系统进化的结果，建立系统的稳态是养猪人不懈追求的目标，并从系统论的角度解析猪疫病中的一些现象。 关键词：系统论、系统进化、猪—微生物系统稳态、耗散结构、熵与负熵 我国改革开放至今二十余年间，养猪业得到迅猛的发展，生猪年出栏已达5.5亿头以上；随着养猪新理念、新观点、新技术的不断输入，不同程度的规模化、机械化养猪场如雨后春笋遍地开花，其风起云涌之势不可阻挡。伴随养猪业的兴起，饲料工业、制药业、种植业、屠宰业等等发生了翻天覆地的变化，为提高民众生活之质量，社会之安定和谐作出了瞩目的贡献。然而，世界就是如此之奇怪，当人们沉浸在猪业大发展的喜悦之时，众多猪的流行性疫病悄然而至。无论是陈旧的疫病还是新兴的疫病，都搅得人们心神不安，甚至忧心忡忡，着实给养猪业蒙上了厚厚的阴霾。业内有识之士都在严肃思考这一现象，上下求索解套的妙法。如是免疫抑制学说、环境学说、引种传入学说、动物福利学说等纷至沓来，其学术思想之活跃是我国养猪史上前所未有的。 这些学说与思想无疑都是正确的，能从某一角度去解释这一“怪圈”，也能解决某些生产问题。但是他们却较难解释世界为什么会这样变化？造物主为什么不能多给一些喜悦于养猪人？微观世界的小生灵将来还会给养猪人带来新的灾难吗？…… 这一系列的疑问与惶惑 始终困扰着许多业界人士。难道就没有更好的方法去帮助人们更深刻地认识这个微观世界吗？回答是肯定的，那就是系统论。 1、系统论解析猪－微生物系统 猪与其有关的微生物物种组成猪的微生物系统。该系统有如下特点： 1.1是一个开放的系统 开放系统是指一个系统与环境有输入－输出关系的系统，组成该系统的各要素都要从环境中输入高负熵（熵：是热力学中的概念，表示无用的做功与能量消耗，如汽车尾气；负熵：与熵对应，表示有用的能量与做功）的物质，如食物、氧气、水等，并以废物形式输出低负熵的物质。猪－微生物系统中，猪与各种微生物之间互为环境，并且在高度不确定的环境中维持他们各自的低熵的内部组织，根据环境中不断变化的物质流、能量流与信息流调节无数的变量而维持相互之生存。 猪与该系统的各种微生物之间有其加和性，也有其非加和性，利用这二性，加强整体性的正效应，有利疫病的防控。该系统不会为任何措施所封闭，仅仅企图通过消毒、隔离等措施阻止猪与微生物之间的各种交换常常并未收到好的效果。 1.2是一个进化的系统 该系统中，猪是高度进化了的物种，而各种与之有关的微生物物种是正处于积极进化阶段的物种，它们的进化常推动了系统的进化，可用进化方程表示： Q＝N（a，q，▽，x，t）+F（t） N代表确定性驱动力，F代表涨落力，F（t）代表随机性涨落力，Q代表状态变量，x表示空间向量，a表示控制参量，▽表示微分算子，t表示时间。该方程表示系统在驱动力N和涨落力F作用下进化的状态方程。 1.2.1该方程表明猪－微生物系统中，有大量系统要素（如病毒、细菌、枝原体等等），有多个状态变量（如健康、亚健康、发病、痊愈、妊娠、分娩、各种生长阶段），具有非常的复杂性，在疫病的发生上具有不同的重要性。 1.2.2该方程指出系统中含有各种非线形因素，例如PRRSV的致病性并非随年龄的增大而增强；ppv的致病性嘎然止于第一胎；三周龄后，猪体免疫力并非随体重增长而增长等等。人们不能用线形方程函数预测其结果，这增加了系统的模糊性。 1.2.3该方程表明了系统的随机性。系统的时间进化与不能绝对准确预测有关，这些原因在方程中表示为F（t）。在随机因子或涨落力的作用下，疫病的发生使人们难以预测，更不知道何时又有新的疫病出现。 1.3是一种非平衡结构，具有自稳性 猪与某微生物之间的系统结构一旦形成，就总是趋向于保持某一状态，使系统整体状态能持续出现，此即系统的自稳性。在开放系统中，系统必须与环境不断进行物质、能量、信息交换才能保持有序性的系统结构，它离开平衡点，但保持稳态 ，称为非平衡结构。该系统从外界吸取负熵以抵消自身的熵增，这种新陈代谢的过程就是维持结构稳定的基本条件。无论猪与微生物之间的关系如何，是寄生还是共生，其系统结构一旦形成，都会自动趋于稳态状况。 疫病流行经历的三个阶段：流行初期——流行盛期——流行结束，正是病原微生物与猪体之间形成系统结构的过程，并且最终走向稳态。 开放系统的稳态叫做系统的等终极性，具有特别重要的意义。例如，猪发生FMD，影响其生长，当FMD痊愈后，患猪仍可达到最终体重（当然，需要更多的负熵）；又如，青年母猪感染PPV，第一胎产出死胎，第二胎可恢复其生产性能。 2 系统论解析猪的流行性疫病 2.1发生疫病，系统形成“耗散结构” 所谓“耗散结构”是指系统在远离稳态情况下，在外界条件的变化达到一定阈值时，能从原来的无序状态转变为在时间、空间或功能上的有序状态；当外参量继续改变时，还会形成一系列的结构状态。“耗散结构”有如下特点： 2.1.1 “耗散结构”只有通过与外界交换物质和能量才能维持，无生命系统不能形成“耗散结构”。 2.1.2 “耗散结构”只能在远离稳态条件下才能出现。在非线性远离稳态达到一定阈值后，系统会“自组织起来”，产生一种新的稳态结构。 该理论指明：疫病之所以发生，是因为在疫病发生前，猪只本身状态以及猪与有关微生物之间的关系已远离稳态。维系猪－微生物系统的稳态，是防止疫病发生的关键。疫病发生后，系统形成一系列的新结构，例如，猪只自然耐过，形成自然免疫；人工接种形成人工免疫；既免疫又带毒带菌等等。 2.1.3非线性的反常涨落是形成“耗散结构”的另一条件。无疑在疫病发生中，反常涨落因子是病原微生物的量与毒力的反常变化以及驱动力中状态变量（抵抗力、种类、营养、环境等等）的变化。由于病原微生物的生理生化反应是以化学反应做基础的，而化学反应是量子间碰撞或量子涨落引起的，这种碰撞或量子涨落是非线性的，因此，疫病的发生与新病的出现就有了极大的随机性，难以预测。FMD在众多大猪场出现在严密防控之中即使然。然而，此况不能成为人们松懈维护系统稳态的理由，反之，应不懈维持系统稳态，以减少其随机性。 2.2猪疫病的发生是猪－微生物系统进化的表现。系统进化的基本因素是涨落或突变、自然选择和隔离。在现代集约化生产模式中，普遍存在这些基本因素，因此，猪－微生物系统的进化比以往激烈，疫病发生的频率上升，新疫病产生的机率增加。 2.2.1涨落或突变是选择的基本材料。猪场里，紫外线灯不恰当的应用、消毒药与抗菌药的滥用均有助微生物突变；有的猪场实行多畜种养殖，如猪－鸡、猪－鱼－鸭、猪－羊等模式，无疑给病原微生物提供了多物种适应性突变的机会。 2.2.2自然选择决定了进化的方向。集约化的生产模式为自然选择提供了大量的感染个体，诸多有悖猪生物学特性的环境因素与单方向的育种选择都可以成为系统进化的驱动力N的动态变量，为病原微生物变异提供了丰富的自然选择方向。当人们注重母猪产前产后施用抗生素时，C型魏氏梭菌由致新生仔猪发病转向妊娠发病就是绝好的例证。 2.2.3隔离形成微生物种群的分化。动物品种内品系的形成需要一定数量并且在隔离条件下。同动物育种一样，在集约化猪场隔离条件下，微生物之间基因交换被阻止，当猪群庞大时与之相伴的微生物数量也上升，当达到一定程度时必然形成种群的分化。几十年间，许多病原微生物的血清型不断在扩增的事实应是隔离的结果。 2.2.4积极进化的物种是自然选择的结果，是难以消灭的。为什么当今最流行的PRV、PRRSV、SIV、PCV（部分病型）、PRCV都亲嗜呼吸系统？就是因为在集约化养猪环境下，舍内空气质量差、有害气体浓度超标、颗粒直径<10um的有生物活性的尘埃超标，为这些病毒的自然选择提供了良好的方向。PRCV是TGEV的变异株，当肠道生存压力加大时，TGEV向易生存的呼吸道转移无疑是自然选择的结果。 面对疫病的肆虐，善良的人们不禁发出要消灭××病、××病毒的誓言。这也许是一厢情愿之事。人类肉眼见不到病原微生物，这就使它们的生存、进化具备了巨大的隐蔽性。可以用人工免疫与自然免疫的方法控制许多疫病，如CFS、PR等等。但谁也不敢说猪场里没有CFSV与PRV存在，不少猪场稍一疏忽，CFS、PR就卷土重来。人们要消灭一个正在积极进化的微生物物种恐怕不太现实。 2.2.5猪－微生物系统的进化必然还会造就新的微生物物种，未来还会出现新的疫病。推动系统进化的是涨落，在微观世界中，涨落最终表现为量子的涨落，这种涨落是随机性的、非线性的，因此，微观事件（新的致病微生物的出现等等）的准确预测从原理上讲是不可能的。 尽管准确的预测是不可能的，但是新的病原微生物的产生却是必然的。只要猪－微生物系统还存在，与外界交流就存在。随着社会的发展，系统内外的涨落因素会日趋丰富，系统会变得日趋复杂与多变。 近十多年，新疫病出现的频率远远超过了过去，PRRSV、PCV遍布猪场，不仅AIV的H5N1可感染人，SIV也可感染人。近来副粘病毒的活跃也超出人们的想象，BEV、Nipah Virus也崭露头角，本来是地方疫源性病原的EMCV也开始走向世界。凡此等等，不无说明了这一点。 2.3利用等终极性原理为生产服务 2.3.1近年来，笔者见到的PRRS与上世纪九十年代中期初流行的PRRS大不相同。PRRSV可在未接种母猪群中广泛存在，而母猪无任何症状，生产性能几乎不受影响，转而出现断奶后仔猪与架子猪发病，并且这一发病趋势也随时间的进化在逐步减弱（PRRSV走向温和这一点与杨汉春报导一致）。因此可在这类母猪群不施用疫苗，经一年多的观察，证明措施是正确的，为猪场节约了资金，为社会节约了疫苗资源。同样可利用系统等终极性原理指导PPV、JEV、PEV等病毒所致疾病的防制工作。 2.3.2对于上述情况中，断奶仔猪的发病实行十四日龄用PRRSV活苗首免，四周后再免，以帮系统建立人工稳态关系。 2.4人类常常是一些病原微生物在寄主进化上的终点，动物－微生物系统（当然包括猪－微生物系统）具有重大的公共卫生的重要性。天花病毒由牛痘病毒进化而来，麻疹病毒由牛痘相似病毒进化而来，SARSV由动物病毒进化而来，AIV与SIV均可感染人都是这些物种在进化终点上的表现。四川发生的人感染S.S则是特殊涨落因子（皮肤创伤）作用下的特殊进化事例，并不具有系统进化上的普遍性。 2.5建立猪－微生物系统和谐共存的稳态，并使之持久的维系应是猪场的重要工作目标之一。认真检讨影响系统稳态的因子，从局域环境的微生物承载力上，选择场址、确定集约化规模；从场区布局、栏舍结构、引种、免疫、环境、饲养、管理等方面减少涨落因子，增加正面效应的控制向量，以期减慢或消除系统的负面进化，缩小涨落的幅度，以利养猪业的平稳发展。 从SPF种猪场引进种猪的商品猪场必须具备SPF种猪场一样的生物安全条件与措施，否则，引进猪必须建立新的猪－微生物系统，然而此过程极可能给业主造成巨大灾难。非SPF的种猪场对自身的疫病不必隐瞒，只要该猪场的猪－微生物系统是稳态的，顾客就可以放心购买，引进后，不仅要维持原系统的稳态，还要针对本场情况，使扩大后的系统尽快进入稳态。 综上所述，猪流行性疫病的发生是猪－微生物系统进化的结果；检讨人类为其进化提供的条件，有利疫病的防控；一个处于高度自然进化阶段的微观世界的物种是难以消灭的，与这些物种建立猪－微生物系统的稳态应是不懈追求的目标；鉴于系统进化的复杂性与不可预测性，新疫病的出现是必然的，人类可以通过许多措施减缓或防止系统的负面效应的进化；利用等终极性原理与稳态理论可以造福养猪业。 本文发表于《养殖与饲料》06年第1期
