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竞争出现的缘由及其在生命起源中的意义

已有 1630 次阅读 2021-8-2 09:01 |个人分类:随想|系统分类:科普集锦

    细胞内同一种“能量可用系统”释放出的能量,往往可以驱动多种化学反应的发生。例如,储存在“能量可用系统”ATP中的自由能,可以催化以下几种化学反应的发生:

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对于非生命体系中的“能量可用系统”,其驱动的化学反应中,有的可能会促进非生命体系向生命体的演变,有的可能会抑制这一过程的演变,也有的可能与这一演变过程毫无关系。这就意味着,如果“能量可用系统”中的能量随机释放、随机应用,那么这些能量驱动非生命体系最终演变成生命体的概率,就好比给猴子一台打字机,让它通过随机敲打并最终写出一部《红楼梦》一样。既然生命体已经在自然界中出现,说明可演变为生命体的非生命体系中的“能量可用系统”,其能量的释放和应用过程不可能是随机的。那么,究竟是什么力量限定了“能量可用系统”中能量的应用范围,以至于这部分能量主要用于驱动生命源起的呢?

    在我们身边,拥有“能量可用系统”和“能量生产系统”的非生命体系的种类非常多,而且现在也可以很容易的进行人为制造,如智能手机、智能机器人、电子手表、汽车等。然而,我们并没有从这些系统中看到它们有演变成生命体的迹象。那么,最终可演变成生命体的非生命体系究竟还需要具有什么样的特性呢?

    生物细胞内含有多种多样的能量传递单元,例如,

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这种现象表明,可最终演化为生命体的非生命体系中,必然存在种类繁多的能量传递单元。在这些能量传递单元中,不同的能量传递单元之间难免会出现交集。也就是说,几种能量传递单元共享同一种能量供体、能量受体或者能量传递介体。这种被几种能量传递单元共享的物质,称之为“共享物质”。依据在能流中的角色,“共享物质”可分为以下三种:

1)共享能量供体。当“共享物质”是能量供体时,称之为“共享能量供体”,这类物质存在多种不同的能量传递途径。同一共享能量供体”在一个体系内可能存在多个拷贝,不同的拷贝可能参与不同的能量传递途径。然而,对于一特定的“共享能量供体”而言,无论它有多少种能量传递途径可以选择,它只能选择其中一种。这是因为,对于某个特定的“共享能量供体”,当其能量释放时,价键就会发生断裂,此时,产物就已经不再是原来的物质分子。

2)共享能量受体。当“共享物质”是能量受体时,称之为“共享能量受体”,这类物质可接受来自多条能量传递途径的能量。同一“共享能量受体”在一个体系内可能存在多个拷贝,且不同的拷贝参与不同的能量传递单元。然而,对于一特定的“共享能量受体”而言,无论它有多少种能量来源可供选择,它只能选择其中一种。这是因为,对于某个特定的“共享能量受体”而言,当它接受能量并转变成能量相对较高的物质分子时,新生成的物质分子同样不再是原来的物质分子。

    3)共享能量传递介体。当“共享物质”是能量传递介体时,称之为“共享能量传递介体”,这类物质可以介导不同种类的能量供体和能量受体之间的能量传递。对于“共享能量传递介体”而言,无论它可以与多少种能量供体和能量受体组成能量传递单元,对于一特定的能量传递介体,它所介导的能量流通量是有限的。就像任意一条河流,其河道的宽度和深度决定了该河流传递水的能力,当水流量超过了河道的传递能力时,多余的水只能经其它河道传递。

    能流进化论认为,同能流之间共享物质的存在是“竞争”出现的根本原因,能流在能量传递单元之间的选择驱动了“竞争”的出现。同时,前文说过,自然界不止需要能量均衡分布,还需要尽快的实现均衡分布,这便意味着“竞争”是自然界在实现其能量均衡分布过程中的必然产物,生命的出现是不同能量传递单元之间竞争的结果,是偶然性中的一种必然性





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