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热力学与生命科学

已有 1070 次阅读 2021-10-22 23:46 |系统分类:论文交流

笔者在文献[1]指出: 根据非平衡态热力学理论,生命体可视为一非平衡的、与外界既有物质交换又有能量交换的“耗散结构”。他们(指生命体)在与外界环境交换物质和能量的过程中,通过能量耗散过程和内部的非线性动力学机制,形成和维持着生命体自身的时空有序(即非平衡)状态,而无序(即平衡)则意味着生命体的死亡。因此有可能通过研究生命体中的能量耗散过程和其中的非线性动力学机制来揭示生命科学中的一些奥秘。,上述文字表明: 根据非平衡态热力学理论,只有在通过与外界进行物质和能量交换的过程中,能够维持自身的时空有序状态(即保持着一种能维持生命的非平衡状态)的生命体,才是活着的生命体。而生命体一旦从“时空有序"变成“无序”状态(即达到"平衡态"),则意味着生命体的死亡。

热力学理论认为 :系统(包括生命系统)中的“熵”,可以视为是反映该系统“有序程度的唯一指标,系统的熵值越低,意味着系统的“有序”程度越高,这对生命体而言则意味着其健康程度也就越高。反之(即系统的熵值越高)则意味着系统的“有序”程度越低,这种情况对生命体而言 ,就意味着与死亡(即达到“平衡态”)的距离越近了。

最近在网上看到一篇题为“体温攝氏37度正常已成历史,现在是这个数,别不知道”的文章,该文中有如下叙述:“去年斯坦福大学医学院教授朱莉•帕森内特(JuⅠieParsonnet)和她的团队,发布了一项研究成果,她们发现,自19世纪以来,成年人的平均体温在持续下降,不到200年间下降了0.4度,从37度降到36.6度,37℃已经成为历史。

1.体温下降并非好事       

37℃作为标准正常体温,已经沿用了近200年,但是,随着时间的流逝,近年来,许多统计数据表明,健康成年人的体温正在降低。为什么身边所有人的体温都不到37℃呢?体温下降到底好不好呢?

前段时间看过一篇关于蝙蝠的文章,也许对大家有一些启发:

病毒学解密:蝙蝠为何能把上百种病毒封印在体内?根本原因很简单:蝙蝠免疫系统强大,很大程度上是因为它们体温能保持较高的40℃。

研究显示,体温每升高1℃,免疫力就会提升5~6倍;体温每降低1℃,免疫力就会下降30%以上。

2.为什么体温降低,免疫力也会随之降低呢?

   众所周知,体温是和基础代谢率挂钩的,体温每上升1℃,基础代谢率会提高13%。体温过低,可能意味着代谢不好。

反之,基础代谢率低,体温下降,血液流速放缓,白细胞的工作效率也随之变低。慢慢悠悠的白细胞很难在第一时间发现异物,即使发现异物了,也很难迅速召集其他白细胞来消灭异物,导致机体容易感染病毒和细菌,引发疾病。

此外, 白细胞不仅能抵御外部病毒和细菌的攻击,还能监测到体内的癌细胞,及时把癌变细胞杀死。

其实,即使是健康人,每天体内也会产生约 5000个癌细胞。如果其中一个躲过了免疫系统的监视幸存下来,很快就会1变2、2变4、4变8......最终成为肿瘤……”。

笔者认为:该文的上述观点与热力学理论是一致的,因为体温升高,意味着人体的熵值下降(因为温度在熵表达式的分母上),熵值降低,意味着人体将更加“有序”,因此“发烧”(即体温上升)实际上是人体的一种自我保护反应(即降低人体的熵值,使人体更“有序”一些)。所以人体的正常平均体温下降,即使从“热力学”的观点(而不是从医学的观点)来看,也不是一件好事,因为这意味着人体“无序”的情况有所增长。至于为什么冷血动物一般都比较长寿,这大概只能用因为体温低,所以基础代谢率也低,因而生命过程进展缓慢,动作迟钝,要完成生命过程的“终极目标”(如果存在着这样一个目标的话),需要的时间就会越长来解释了。

综上并注意到文献[2,3]中的有关内容,笔者认为有必要将热力学理论引入到生命科学研究领域之中,通过这种学科之间的“交叉”,或许能揭露关于生命体的一些至今还属未知的奥秘。

 

 

参考文献

[1] 为笔者<科学网>博客题为最小耗能原理(即新最小熵产生原理)与生命科学研究的博文.

        http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3355154&do=blog&id=1077119

[2] 为笔者<科学网>博客题为关于最小耗能原理与生命科学研究的再思考的博文.

        http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3355154&do=blog&id=1296076

[3] 为笔者<科学网>博客题为“对最小耗能原理在生命科学研究中应用前景的展望”的博文.

        http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3355154&do=blog&id=1304885



https://blog.sciencenet.cn/blog-3355154-1309060.html

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4 张学文 焦飞 尤明庆 范振英

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