velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Categories:

Эволюция и термодинамика

Часто кажется, как будто физика и биология лежат в каких-либо различных мирах. У каждой свои области, концепции, способы, собственный язык… Но в глубине собственной обе науки, естественно, имеют массу общего.






Можно сказать, что сердечко и физики, и биологии – это движение. Например, биологи рассматривают движение экосистем в их развитии, возникающем под действием естественного отбора. В процессе этого процесса, естественно, идут и физические явления, описываемые, скажем, законами термодинамики: рассеивается энергия, а энтропия растет. Живой ли объект, либо неживой, термодинамике все равно. Таковой физический подход применили финские ученые Вилле Каила (Ville Kaila) и Арто Аннила (Arto Annila) для описания процесса эволюции.


Напомним, что 2-ое начало термодинамики постулирует, что энтропия закрытой системы не может убывать. Говоря по другому, тепло не может передаваться от более прохладного тела к более теплому. Еще по другому – разница меж энергиями системы и ее окружения стремится к нулю. Выразить этот принцип можно различными формулировками и словестно, и в математических формулах.


Используя 2-ое начало термодинамики, финские исследователи смогли обрисовать процесс био эволюции, как процесс переноса энергии, и проявили, что естественный отбор содействует закреплению таких мутаций, которые приводят к очень резвому росту энтропии в системе – другими словами, очень резвому движению энергии в сторону «выравнивания».


Механизмы переноса энергии в природе многообразны и нередко сложны. В отдельных особях возникают мутации, при помощи которых природа «апробирует» разные пути этого процесса, приводящие к очень резвому повышению энтропии. В какой-то момент лучший метод находится и, обычно, он связан с очень резвым падением энергии, ведущим систему, в итоге, к стационарному состоянию – другими словами, с малой различием в энергии меж ней и окружающим местом. Экосистема в целом, включая растения и травоядных, хищников и сапрофитов, представляет собой конкретно непростой и действенный механизм, поддерживающий наибольшее резвое «усвоение» и «переработку» энергии.


«В биологии, когда два сравнимо схожих вида (по другому говоря, механизма передачи энергии) соперничают за общий источник энергии (еду), какой-то из них, владеющий способностями более действенного ее усвоения (зубы, ноги и прочее), получает больше другого, - ведает Арто Аннила. – Понемногу их популяция начинает все более превосходить популяцию наименее везучих конкурентов. В целом процесс смотрится так, что природа сама выбирает все более действенные методы преобразования энергии и пути все более резкого ее снижения».


«Представим, что произошла мутация, увеличивающая скорость бега гепарда, - объясняет исследователь. – Этот гепард будет получать больше еды и, соответственно, преобразовывать больше энергии. В целом процесс рассеяния энергии пойдет по более крутому пути».


Ученые подчеркивают, что это, пускай и короткое, описание дает новый целостный взор на природу процесса био эволюции. Например, травоядные организмы содействуют предстоящему преобразованию и рассеянию солнечной энергии, поглощенной растениями в процессе фотосинтеза. А гепарды и другие хищники понижают общую энергию экосистемы еще далее. Эти энерго потоки и обеспечивающие их «живые механизмы» взаимно меняют друг дружку. Потому предвидеть последующий шаг эволюции, считают ученые, фактически нереально.


«Система стремится к стационарному состоянию равновесия с окружающей средой, - добавляет Арно Аннила, - так что если среда находится в высокоэнергетическом состоянии, система сместится к нему. Долгие и длительные годы Земля двигалась к повышению энергии, стремясь к равновесию с количеством падающего на нее солнечного света. В процессе этого процесса появились и развились механизмы переноса энергии, но наверное есть пути еще больше повысить его эффективность».


Естественно, мысль о применении Второго начала термодинамики для описания био эволюции не нова. Еще в 1899 г. известный физик Людвиг Больцман (кстати, большой фанат мыслях Чарльза Дарвина) обдумывал связь меж им и эволюционными принципами. Четверть века спустя Альфред Лотка (Alfred Lotka) выразил уверенность в том, что био системы обязаны иметь какую-то эффективность исходя из убеждений принципов термодинамики. И сейчас многие ученые рассматривают жизнь, как очень действенный путь роста энтропии. И исследование финских ученых стало только развитием этих мыслях.


Кстати, вопреки расхожему воззрению, даже в нынешних критериях развитой цивилизации человек не закончил испытывать давление естественного отбора – просто направление его несколько поменялось. Более того, эволюция нашего вида за последние тысячелетия только ускорилась. Читайте: «Человек меняется».


По публикации PhysOrg.Com






Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments