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[转载]生物介导的能流与河流的价值比较

已有 1180 次阅读 2021-6-3 15:22 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

纵观生存在地球上的生命体,种类繁多,形态各异。然而,它们都离不开两种物质:食物和氧气(有的生命体可能会利用其它种类的氧化性物质)。在生命体的代谢活动作用下,食物中的电子向氧气方向流动,同时伴随着能量的释放和传递。在这个过程中,生命体从中获取维持自身生命活动所需要的能量。自然条件下,能量的流动具有方向性,即从能势高的地方流向能势低的地方。例如,热能是从温度高的地方向温度低的地方传递,电能从电势高的地方流向电势低的地方。为了便于与河流进行比较,我们将能量的传递或转化过程称之为“能流”。食物与氧气之间的能量传递过程便是一种能流。在能流中,我们提供能量的物质称之为“能量供体”;接受能量的物质或者规定能量流动方向(此处会在后面的讲解中给以具体的解释)的物质,称之为“能量受体”;介导能量释放和传递的物质,称之为“能量传递介体”。从食物、生命体和氧气在能流中的角色可见,在生命体介导的能流中,食物是“能量供体”,生命体是“能量传递介体”,氧气是“能量受体”。在这条能流中,有的能量会以电能的形式传递给氧气,有的能量会以热能、光能等形式释放至环境中,有的能量会以化学能的形式储存于化学物质中……此外,也会有外源的能量(如光能、热能等)流入生命体。

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    正如两点之间画一条线可以有无数种画法一样,河水供体和河水受体之间理论上也应该存在无数条河道。然而,对于特定的河水供体和河水受体而言,二者之间往往只有一条河道。为什么会如此呢?现在,我们假设河水供体在单位时间内获得的水量突然增加,那么其需要输出的水量就会增加。对于河道而言,不难猜测会发生以下三种情况:1)当前河道的河堤被冲垮,河道在原来的基础上变宽;2)在当前河道的基础上又多出一条河道;3)所有的水经新的更利于河水流动的河道流动。这三种情况的共同点在于,河水供体和河水受体之间河道的河水输送能力变强。之所以会发生这种变化,是因为河水供体对河道的河水输送能力的需求变高。同理,如果河水受体的水容量状态突然发生变化也会影响河道的河水输送能力。由此可见,河道是河水供体和河水受体二者之间为了维持水平衡而所需的河水输送能力的一种呈现形式,是河水供体和河水受体缓解其水容量状态差异的产物,是被动适应河水供体和河水受体对河水输送能力需求的产物。总之,河道是河水供体和河水受体按照其所需河水输送能力对河水传递介体进行选择的结果,只有具有合适河水输送能力的河水传递介体才能成为河水供体和河水受体的河道。

对于生命体介导的能流而言,以由大草原上的狮子所介导的能流为例,当食物充足时,不但狮子个体身体强健,种群数量也会增加;当食物匮乏时,狮子个体就会相对比较瘦弱,种群数量也会减少,严重时可能会遭遇种群的灭绝;如果狮子遭遇灭绝,那么,本来属于狮子的食物就可能会被其它物种所利用。这种现象在生命界普遍存在。不难发现,发生在生命体中的这些现象和发生在河道中的现象非常相似。我们可以将发生在生命界中的这种现象理解为,生命体是能量供体和能量受体为了实现二者之间能量的相对均衡而所需能量传递能力的一种呈现形式,是能量供体和能量受体缓解其能量状态差异的产物,是被动适应能量供体和能量受体对能量传递能力需求的产物。总之,生命体是能量供体和能量受体按照其所需能量传递能力对能量传递介体进行选择的结果,只有具有合适能量传递能力的生命体才能成为特定能量供体和能量受体所需要的生命体。

正如河水在自然界中的分配不均衡性是河流出现的根本原因,本书认为能量在自然界中的分配不均衡性是能流出现的根本原因,其对能量传递介体的选择驱动了生命体的出现。同样,正如河流的价值在于驱动水在自然界中的分布相对更加均衡,生命的价值在于驱动自然界中的能量流动,进而使得能量在自然界中的分布相对更加的均衡。既然生命体的价值体现于其能量传递能力,那么能量供体和能量受体的多样性,也就决定了二者对能量传递能力需求的多样性,进而决定了生命体种类的多样性。同时,能量供体和能量受体在历史长河中的变化也驱动了生命体的进化。

学过生物的人可能会问,葡萄糖代谢释放的能量会以化学能的形式储存在腺苷三磷酸中,而传递给氧气的能量则相对要少很多,那么,为什么氧气被认为是能量受体,而接受能量并转变成ATP的腺苷二磷酸却不被认为是能量受体呢?这是因为:1)氧气是从环境中获取的,不是细胞自身的固有组成成分;2)氧气与细胞中的其他物质相比,与葡萄糖之间的能势差相对更大,这样更利于驱动能量供体中能量的释放,也就更利于生命体获取能量并实现自我功能的维持和改进。正如“黄河之水天上来,奔流到海不复回”、“白日依山尽,黄河入海流”等,这些诗句并不是说黄河里的水只能流入大海,也并没有否认黄河中堤坝也具有接受水的能力,之所以这样说,主要是因为海平面与黄河源头之间有最大的地势差。也就是说,对于黄河而言,河流中修建的堤坝是其上游水的河水受体,而大海则是整条黄河水的河水受体。同理,ADP是细胞中可供给其能量的物质分子的能量受体,而氧气则是整个细胞或生命体的能量受体。

(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODYxMzc3Nw==&mid=2247483738&idx=1&sn=e69b534006372b5cfa73a14f432307bd&chksm=cea8eaa4f9df63b201cd017aac9a28deee9bb63a4557ab1064b124ac22dd2f0421d29de81f11&token=662905907&lang=zh_CN#rd)




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