首页 理论教育 动态动力学稳定性与生命的开端

动态动力学稳定性与生命的开端

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们已经提到过,所有的生命体从热力学的角度而言都是不稳定的,正如一只鸟儿需要不断扇动翅膀来维持其悬空的状态一样。但是,根据我们在第4章中的讨论,这些生命体实际上是稳定的,只不过它们依据的是“另一种稳定性”——动态动力学稳定性。如前所述,在复制因子的世界中,真正起作用的是动态动力学稳定性而不是热力学稳定性。这两种可能会相互对立的稳定性,在能量收集机制的帮助下得以和谐共存。

动态动力学稳定性与生命的开端

我们已经提到过,所有的生命体从热力学的角度而言都是不稳定的,正如一只鸟儿需要不断扇动翅膀来维持其悬空的状态一样。所有的生命体都像这只翱翔的小鸟,它们必须不断消耗能量来维持远离平衡态的状态。不过,这些热力学不稳定的个体似乎占据了世界的各个角落。为何会如此?不稳定的个体难道不应该逐渐消失,而不是不断地出现并在每一个可能的生态角落里落地生根吗?但是,根据我们在第4章中的讨论,这些生命体实际上是稳定的,只不过它们依据的是“另一种稳定性”——动态动力学稳定性。这种稳定性属于擅长自我复制的物质。如前所述,在复制因子的世界中,真正起作用的是动态动力学稳定性而不是热力学稳定性。那么,为什么这些从动态动力学的角度而言稳定的个体,却毫无例外地在热力学上不稳定呢?简单来说,这是因为动态动力学稳定性依赖于系统的持续反应,这样系统才能自我复制。为了实现这一点,系统必须具有反应性,也就是该系统要处于不稳定的状态。热力学稳定的个体不会发生反应,它们就像处于坡底的球一样,再也没有滚动的余地了。换言之,如果一个生命系统要成为成功的复制因子,那么该系统必然在动态动力学上是稳定的,而在热力学上是不稳定的。我们讨论过,这两个看似互相矛盾的要求可以同时实现,只要复制系统通过动力学选择得到获取能量的能力即可。能够获取能量的复制因子比那些不能这样做的复制因子更有优势,正如有引擎的汽车比没有引擎的车是更有用的交通工具一样。一旦某个复制因子通过偶然的变异得到了获取能量的能力,那么这个复制因子作为动态动力学稳定性更强的个体(更高效的复制因子)将很快把它的前体推向灭亡。这也是为何所有生命系统都无一例外地具有获取能量的机制——对于植物和一些细菌来说,这一机制是光合作用;对于动物而言,实现有机质分解代谢的是三羧酸循环(克雷布斯循环)。正因如此,世界上充满了动态动力学稳定但热力学不稳定的复制系统。这两种可能会相互对立的稳定性,在能量收集机制的帮助下得以和谐共存。近来,一位具有创新精神的法国化学家——罗伯特·帕斯卡尔已经开始探索在生命体朝着现代代谢途径过渡的时期,有哪些化学过程可能辅助了早期代谢系统的形成。62(www.xing528.com)

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈