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摘 要:首先通过耗散结构和膜结构的分析,从物理上说明生命有序化的机理,而后介绍一些古生物学上的进展和研究,来证实生命的复杂性是进化产生的,而非神创。同时也具体以植物的演化为例展示了通过化石揭示的演化历史。
关键词:耗散结构 膜结构 演化
中图分类号:N91文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 07-053-02
1引言
生命体具有多层次的精细的结构,并且能够完成一些高度复杂的生命活动。因此惊讶之余,也有些国外学者认为生命是上帝制造的,并使得许多不明真相的群众与同学信以为真。
笔者作为元培计划委员会成员与全国古生物学会会员,主攻物理,并学习了许多古生物的知识,所以觉得不是那样的。笔者也收藏了一些化石,亲眼目睹了生命由简单到复杂的演化。笔者所阐述的,都是已经为物理界与地质界公认的事实,而非笔者独创,笔者只是用这些来作粗浅的分析。
2物理解释——耗散结构的熵减小与膜结构
在热力学中,熵增加原理被作为第二定律,浅显地说,事物趋向混乱,依据Boltzmann公式,,其中表示微观状态数。但是,这条原理(暂且依旧称为原理,因为直到今年以前一直认为这是不能够证明的)有一个前提条件,就是这个系统必须是孤立系统,不能与外界有物质交换与能量交换。而生命结构显然是开放体系。
最早由量子力学波函数的发现者薛定谔于40年代提出生命体的物理意义 。普里高津提出耗散结构这个概念 。浅显地说,它通过摄取能量,排出体系中的熵,从而使自身的熵减小。这样生命体就可以反自然之道而日渐有序。
笔者的老师江大勇教授一直深信生命的本质就是膜结构,这样就可以选择性地通过物质和能量,从而维持体系的有序甚至减小熵。而这种选择行为所需的能量则由外界摄入,所需的信息则由DNA遗传提供。这也是许多古地质工作者的观点。
这种行为其实早在一百多年前就已经被领先那个时代的科学家麦克斯韦提出 。麦克斯韦终其一生不被世人理解,凄凉而终,死后人们发现他的研究奠定了电磁学和热力学的基石,并早在那个时代通过麦克斯韦方程组谐变提出光速不随参考系改变,成为了相对论的支柱。
麦克斯韦亲手设计了这样一个佯谬:
图1 麦克斯韦妖的工作机理
一个精灵,它处在一个盒子中的一道闸门边,它允许黑色的微粒通过闸门到达盒子的一边,而允许白色的微粒通过闸门到达盒子的另一边。这样,盒子熵减小。
伟大导师麦克斯韦永垂不朽。
3地质上的化石证据
从38亿年到现在的大量化石证据一一展现了生命体有序结构产生的历史。
图2生命由简单到复杂的历史
已知最古老的生命:
图3澳大利亚35亿年前的岩石中微生物化石,
非常原始、简单,单细胞生物
篇幅所限,笔者在这里举植物的演化分形为例:
图4原厥的根状茎演化出了根
图5茎的突起演化出了叶
图6由早期植物的简单等二叉分支
逐渐演化出今天繁密的树枝结构。
4总结
正如上面所分析的,复杂的生命形式是漫长演化的结果,这一过程既有物理上的说明也有地质上的再现,是不容置否的。
注释:
Schrdinger, E., What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell. Cambridge University Press, New York, 1967. (Originally published in 1944.)
普里高津.结构、耗散和生命[R].国际“理论物理与生物学会议”.1969.
Maxwell, J.C., Theory of Heat, 1871,reprinted in Leff & Rex (1990) , New York: Dover.
Schopf, J.W. Earth's earliest biosphere- Its origin and evolution [A]. In: Princeton, N.J., Princeton University Press, 1983, p543.
关键词:耗散结构 膜结构 演化
中图分类号:N91文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 07-053-02
1引言
生命体具有多层次的精细的结构,并且能够完成一些高度复杂的生命活动。因此惊讶之余,也有些国外学者认为生命是上帝制造的,并使得许多不明真相的群众与同学信以为真。
笔者作为元培计划委员会成员与全国古生物学会会员,主攻物理,并学习了许多古生物的知识,所以觉得不是那样的。笔者也收藏了一些化石,亲眼目睹了生命由简单到复杂的演化。笔者所阐述的,都是已经为物理界与地质界公认的事实,而非笔者独创,笔者只是用这些来作粗浅的分析。
2物理解释——耗散结构的熵减小与膜结构
在热力学中,熵增加原理被作为第二定律,浅显地说,事物趋向混乱,依据Boltzmann公式,,其中表示微观状态数。但是,这条原理(暂且依旧称为原理,因为直到今年以前一直认为这是不能够证明的)有一个前提条件,就是这个系统必须是孤立系统,不能与外界有物质交换与能量交换。而生命结构显然是开放体系。
最早由量子力学波函数的发现者薛定谔于40年代提出生命体的物理意义 。普里高津提出耗散结构这个概念 。浅显地说,它通过摄取能量,排出体系中的熵,从而使自身的熵减小。这样生命体就可以反自然之道而日渐有序。
笔者的老师江大勇教授一直深信生命的本质就是膜结构,这样就可以选择性地通过物质和能量,从而维持体系的有序甚至减小熵。而这种选择行为所需的能量则由外界摄入,所需的信息则由DNA遗传提供。这也是许多古地质工作者的观点。
这种行为其实早在一百多年前就已经被领先那个时代的科学家麦克斯韦提出 。麦克斯韦终其一生不被世人理解,凄凉而终,死后人们发现他的研究奠定了电磁学和热力学的基石,并早在那个时代通过麦克斯韦方程组谐变提出光速不随参考系改变,成为了相对论的支柱。
麦克斯韦亲手设计了这样一个佯谬:
图1 麦克斯韦妖的工作机理
一个精灵,它处在一个盒子中的一道闸门边,它允许黑色的微粒通过闸门到达盒子的一边,而允许白色的微粒通过闸门到达盒子的另一边。这样,盒子熵减小。
伟大导师麦克斯韦永垂不朽。
3地质上的化石证据
从38亿年到现在的大量化石证据一一展现了生命体有序结构产生的历史。
图2生命由简单到复杂的历史
已知最古老的生命:
图3澳大利亚35亿年前的岩石中微生物化石,
非常原始、简单,单细胞生物
篇幅所限,笔者在这里举植物的演化分形为例:
图4原厥的根状茎演化出了根
图5茎的突起演化出了叶
图6由早期植物的简单等二叉分支
逐渐演化出今天繁密的树枝结构。
4总结
正如上面所分析的,复杂的生命形式是漫长演化的结果,这一过程既有物理上的说明也有地质上的再现,是不容置否的。
注释:
Schrdinger, E., What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell. Cambridge University Press, New York, 1967. (Originally published in 1944.)
普里高津.结构、耗散和生命[R].国际“理论物理与生物学会议”.1969.
Maxwell, J.C., Theory of Heat, 1871,reprinted in Leff & Rex (1990) , New York: Dover.
Schopf, J.W. Earth's earliest biosphere- Its origin and evolution [A]. In: Princeton, N.J., Princeton University Press, 1983, p543.