dream0711的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/dream0711

博文

[转载]生命起源-能量生产系统(1)

已有 1115 次阅读 2021-6-4 10:59 |个人分类:生物起源|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

    “能量可用系统”可以提供驱动化学反应进行所需要的能量。然而,正如汽油中的化学能释放后,汽油将不复存在一样,随着能量的释放,“能量可用系统”也将不复存在,其功能也随之丧失。我们知道,生物均具有可维持其生命活动的属性,表明可最终演化为生物的非生物体系,不但需要拥有“能量可用系统”,还应拥有使“能量可用系统”功能得到持续性保障的系统。那么,“能量可用系统”的保障系统是什么?这些保障系统又会具有什么样的特征?在回答这两个问题之前,我们先来看看下面两个众所周知的例子,看能否从中得到启发。

    1)对于一些干旱地区,降雨量在年与年、季与季之间变化很大。然而,大多数用水,如农田灌溉、畜牧养殖、生活用水等都需要相对比较固定的用水量和用水时间,这就使得这些用水与天然降水在数量和时间上经常不能相适应。为了解决这个问题,往往会在这些干旱地区修建一些水库。在水库的选址上,往往还会优先选择有河流经过的地方,这样可以使水库里的水量容易得到保障。

    2)对于汽车,要保障其汽油供应,不但需要在汽车中配备油箱,还需要有加油站、输油管道、汽油生产公司、石油开采公司等一系列的汽油保障系统。

    透过这两个例子可以发现,要想保障“能量可用系统”功能的持续性,不但需要存在可以为其蓄能的,功能类似油箱或水库的“能量库”,还需要有保障“能量库”功能的能量供给系统。既然如此,那么可演化为生物的非生物体系中的“能量库”是什么呢?以及“能量库”中的能量又是如何得到保障的呢?

    我们首先假设在一个特定的环境中,存在具有如下特点的两种化学反应:1)这两种化学反应中,一种属于合成反应,一种属于裂解反应;2)合成反应的产物恰好是裂解反应的反应物,同时,裂解反应的产物又是合成反应的反应物。此时,由这两种化学反应组成的体系,既是一种“物质循环系统”,又是一个开放系统(与周边环境存在物质和能量的交换)。在合成反应中,从周边环境输入该体系的能量被储存在新合成的化学物质中,而在裂解反应中,储存在反应物质中的能量,一部分会以化学能的形式储存在“能量可用系统”中,一部分会转换成热能、光能等相对更容易在环境中流动的能量,然后释放至环境中。

图片

    由合成反应和裂解反应组合而成的“物质循环系统”,在性质上类似可逆反应。二者主要差异在于,对于可逆反应而言,无论是正向反应还是逆向反应,均是由一步化学反应构成,而“物质循环系统”中的正向反应和逆向反应,均可由一步或多步化学反应构成。也就是说,可逆反应是“物质循环系统”的一种特殊类型。

    对于特定的可逆反应而言,反应物和产物在特定环境中的相对丰度可影响其化学反应的发生方向。也就是说,如果能量相对较高的化学物质在环境中的含量相对较高,那么该可逆反应的方向会倾向发生裂解反应的方向,反之,如果能量相对较低的化学物质在环境中的含量相对较高,那么可逆反应的方向会倾向发生合成反应的方向。同理,“物质循环系统”中各组分的相对丰度也决定了“物质循环系统”中的物质转化方向。对于特定的环境,其物质水平反映了其能量水平,其物质分布反映了其能量分布。基于此可推知,“物质循环系统”也是一种能量传递介体,其化学反应的方向反映了环境中特定能流的流动方向,该方向是由该特定能流中的能量供体和能量受体在环境中的含量和分布情况决定的。换句话说,“物质循环系统”的出现是因为环境中的物质分布不均衡,或者说能量分布不均衡。

(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODYxMzc3Nw==&mid=2247483908&idx=1&sn=4b8a72efd78eb76ad7cf4952212ccf9d&chksm=cea8e9faf9df60ece550713f713f9b79e42f3c8b014d258c7e98ac25dd3618b5b5022a599c63&token=662905907&lang=zh_CN#rd)



https://blog.sciencenet.cn/blog-3479210-1289660.html

上一篇:[转载]生命起源-能量可用系统(2)
下一篇:[转载]生命起源-能量生产系统(2)
收藏 IP: 112.54.33.*| 热度|

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-28 15:58

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部