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对于生物介导的能量流,按照能量流动的方向和传输方式又可大致分为三类:
1)可自发的从能量相对较高的物质向能量相对较低的物质流动的能量流动方式,如热能的传递等;
2)生物介导的从能量相对较高的物质向能量相对较低的物质流动的能量流动方式,如葡萄糖的降解等;
3)生物介导的需要其它能量驱动的从能量相对较低的物质向能量相对较高的物质流动的能量流动方式,如DNA的合成等。
第三种类型看起来有点反常,因为根据自然界对能量流动方向的需求,能量应该从能量相对较高的物质流向能量相对较低的物质,但是生物却可以将能量相对较低的物质转变为能量相对较高的物质,这是一个逆流的过程。而且,该现象在生物细胞内普遍存在,例如,植物细胞通过光合作用将周边环境中能量相对较低的二氧化碳和水分子转变成能量相对较高的葡萄糖。这一过程注定不是一个自发的过程,该过程的定向性说明该过程有受到外界力的作用,是外界环境对其做功的结果。那么,环境(自然界)为什么要对生物做功呢?其目的何在?
前面讲过,对于自然界中任意一个能量分布不均衡的特定环境而言,它需要自身的能量趋于相对均衡状态,而且还需要以当前最高效的途径实现这一过程。有些能量(如热能、光能等)相对容易传递,它们甚至可以不需要专门的能量传递介体就可自发的、快速的实现其在特定环境中分布的均衡。然而,也有些能量(如储存在化学物质中的化学能等)相对难以释放,对于这类物质,如果单单依靠其自身的衰变,或者依靠非生物能量传递介体来介导其能量的释放和传递,将大大延缓该物质所在环境实现其能量均衡的速度。为了加速这一过程,最好的办法就是尽可能的让储存在化学物质中的化学能转换成热能等相对比较容易释放和传递的能量。此外,生物的生命物活动都需要在一定温度条件下完成,而体温的维持,主要是依靠生物将能量供体中的能量一步步向能量受体的方向传递过程中释放出的热能。由此可见,生物的出现,提高了化学能与热能之间的转换效率,适合自然界向能量分布均衡方向转变的需求。 生物要想行使其能量传递能力,首先需要保证自身结构和功能的完整性,而生物介导的由能量相对较低的物质向能量相对较高的物质转变的过程,便是保障自身能量传递能力得以正常发挥的过程。基于此可推断,自然界对生物做功的“目的”便是,利用生物将那些在“自然发生”条件下难以释放的能量释放出来,进而利于自然界能够更有效、更快速的使其能量分布趋于均衡状态。换句话说,“逆流”的目的是为了维持生物结构和功能的稳定,进而将环境中难以释放的化学能转变成相对比较容易释放和传递的热能的过程,是为了更有效的“顺流”。
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