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能流进化论——热力学第二定律给予生命起源的启示(二)

已有 802 次阅读 2022-7-6 09:47 |个人分类:能流进化论|系统分类:观点评述

    在前述博文(https://blog.sciencenet.cn/blog-3479210-1289552.html)中提到一个进一步理解热力学第二定律的事例。如下所述:

    将热水倒入一个普通的杯子会发现,热能会经水杯流入环境。我们将介导能量流动的物质称为能量传递介体,此处,水杯便是介导热能从热水流向环境的能量传递介体。现在,我们假设存在这样一个水杯,其一半材料是木质的,一半材料是铁质的,且铁的导热性要相对更好。当向这个水杯倒入热水时,不难发现:

    1)从铁质一侧流出的热能要比从木质一侧流出的更多;

    2)热能会同时从木质一侧和铁质一侧流向环境。

    第一种现象说明,当多种热能传递介体同时存在时,热能传递能力相对较强的介体介导传递的能量要多于热能传递能力相对较弱的介体。

    第二种现象说明,热水中的热能不但需要传递至环境中,还会以当前环境中最高效的能量传递方式释放其能量(因为能用的介体全用了)。

    我们将需要释放热能的物质,称为热能供体。透过第一点可以发现,热能供体对热能传递介体具有选择性。热能传递能力越强的介体,其介导传递的热能就越多。透过第二点不难发现,热能供体不但有释放热能的需求,还会以所在环境最高效的形式实现其热能与周边环境的相对平衡。热能供体的上述两种属性意味着其存在对热能传递能力相对更强的能量传递介体的需求

    有需求,并不一定就能实现,还需要能量传递介体具有能量传递能力可以增强的属性。

    我今天做得补充便是,能量传递介体在介导能量传递过程中,有的介体具有利用所介导能量提升自身能量传递能力的能力。例如,当铁矿石作为热能传递介体时,如果能量够强,铁矿石里面的铁就会溶出来变成单质铁,单质铁的导热能力比含有杂质的铁矿石更强。相反,有的介质就不具有这种可能增强的变化,例如,当介导的热能够强时,木头被碳化,就不能做成水杯,进而失去了作为水杯的价值,也就不能介导热水中的热能释放了。据此,可将能量传递介体分为两种:一种是能量传递能力可变强的,一种是不变或变差的。

    能流进化论基于所有细胞生物都离不开食物(还原性的能量供体)和接收电子传递链上传递的电子的氧化物(氧化性的能量受体)认为,生命体是非生命态的能量传递介体的能量传递能力一步步升级的结果。这里的非生命态的能量传递介体所具有的属性便是其能量传递能力可变强。

    由此也可以进一步推知,生命体与非生命体的区别在于,生命体是一团可以利用所介导能量来维持、延续和提升自身能量传递能力的物质,而非生命体则不具有这种能力。生物化学上讲,生命体与非生命体的区别在于新陈代谢,新陈代谢是由一系列生物化学反应组成,我认为,生物化学反应与非生物化学反应的区别在于能否利用能量来维持和延续反应的进行。

    综上所述,如果所有的能量传递介体都不具有能量传递能力可提升的属性,那么生命不可能出现;如果自然界不存在对能量传递能力的需求,那么能量传递介体的能量传递能力再怎么具有可塑性也不可能演变成生命体。因此,生命是自然界对相对更强的能量传递能力的需求与能量传递能力具有可提升属性的能量传递介体相统一的结果


 




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