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能流进化论——自然界中的“环”

已有 2021 次阅读 2021-9-3 17:32 |个人分类:随想|系统分类:科普集锦

       从生物体的基本单位细胞,到生物体,再到整个自然系统,甚至整个宇宙,“环”都普遍存在。例如,在生物细胞内普遍存在的由糖酵解途径和糖异生途径组成的“环”,在糖酵解途径中,高能化合物葡萄糖经一系列的氧化分解过程,最终生成能量相对较低的丙酮酸,同时将价键断裂释放出的能量储存于 ATP、NADH 等物质分子中;而在糖异生途径中,丙酮酸经一系列的酶促反应,利用储存在 ATP、GTP 等物质分子中的能量转变成葡萄糖。当细胞所在环境中的葡萄糖含量充足时,细胞中的糖酵解途径被激活;如果细胞所在环境中的葡萄糖含量匮乏,糖异生途径就会被激活。糖酵解途径和糖异生途径组成的“环”是细胞内很多物质分子及能量维持平衡的保障,也是细胞呈现其生命力保障。此外,脂肪酸的合成代谢和分解代谢、氨基酸的合成代谢和分解代谢、核苷酸的合成代谢和分解代谢等组合而成的”环“均是细胞呈现其生命力保障。

       生物体内的一些组织、器官或系统的行为也是“环”,如血液循环、心脏的跳动、神经系统的感知和响应等。此外,一些生物的行为也是“环”,如鸟类迁徙。鸟类的迁徙往往是结成一定的队形,沿着一定的路线进行。迁徙的距离有近的,也有远的,从几公里到几万公里。最长的旅程可要数北极燕鸥,远到1.8万公里,此鸟在北极地区繁殖,却要飞到南极海岸会越冬。迁徙行为并不是鸟类所特有的本能活动。某些无脊椎动物,如东亚飞蝗、蝴蝶等;爬行类,如海龟等;哺乳类,如蝙蝠、鲸、海豹、鹿类等,还有某些鱼类都有季节性的长距离更换住处的行为。动物的迁徙行为是一种适应现象,凭借这种活动,可以满足它们在特定的生活时期所需要的环境条件,使个体的生存和种族的繁荣得到可靠的保证。

       生物与环境之间也存在很多”环“。例如,由光合作用和呼吸作用组成的“环”。光合作用是指绿色植物利用叶绿素等光合色素或者某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为葡萄糖等有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。在这个过程中,光能被转换成化学能储存在葡萄糖等有机物中。呼吸作用则是指细胞中的葡萄糖等有机物,经过一系列的氧化分解反应,变成二氧化碳和水,同时释放出能量,以维持生物体生命活动需要的生化反应过程。在这个过程中,葡萄糖等有机物裂解释放出的能量,一部分以热能的形式释放出来,一部分被储存在 ATP、NADH 等物质分子中。再例如,牛的粪便由细菌转化循环到土壤中,又经蚯蚓和草再回到牛的身体中。由此可见,生物体和环境组成的“环”既驱动了生物体自身能量的流动,又驱动了生物体与周边环境之间的能量流动;既维持了生物体自身的能量水平,又实现了生物体与环境之间能量分布的相对均衡。

       总之,“环”的存在让细胞、生物体、生态系统等维持在一个相对稳定的状态,是细胞、生物体、生态系统等的基本组成单位,也就是说生命的起源与进化离不开“环”。既然如此,探究生命的起源与进化问题,就不应该忽视对“环”的组成、种类及其价值的探讨。能流进化论在论述生命起源与进化时,就是从“环”的角度入手。例如在论述生命起源时,就是从“环”的角度阐述生命起源过程所需要的能量是如何维持和延续的;在论述生物进化时,也是基于“能量供体和生物体”及“能量受体和生物体”两个环时如何维持相对均衡的。



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