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生物是一个相对稳定的系统,说明其内化学反应的发生也是相对稳定的。这一特征间接表明,驱动化学反应发生的“能量可用系统”中的化学能是不会随意释放的,其可用性是一定条件下的可用性。如不然,储存在价键中的化学能就像会热能一样,只要存在能势差就可自发的释放和传递,那么,以其作为“能量可用系统”的生物也将不会存在。一般情况下,“能量可用系统”中用于驱动化学反应发生的化学能需要在其它化学物质的催化作用下才能得以释放。例如,ATP可在ATP酶的催化作用下水解为ADP和磷酸根离子,同时释放出自由能。
化学反应的发生可能伴随着特定环境中新物质的出现。由于不同的化学物质储存着不同的化学能,因而化学反应具有两方面的环境意义:一是丰富环境中的物质种类多样性;二是驱动环境中的能量流动。第一点对于生物起源的意义在于,这些产物中,特别是新出现的物质,有些可能是构成生物结构的基本原料;第二点对于生物起源的意义在于,有些化学反应介导的能流可能是生物构建的依托。
“能量可用系统”中的化学能在释放过程中,一部分转换为自由能,一部分转换为热能。热能用以维持体系的温度,进而使得体系中各种组分的活性及各种反应能够在一个相对稳定的温度范围内进行。自由能则主要用于驱动体系内各种化学反应的进行,为体系结构和功能的维持和延续提供保障。“能量可用系统”在释放能量的同时,自身也被转换成能量相对较低的物质。例如,ATP、GTP、NADH等“能量可用系统”释放的能量可驱动能量相对较低的丙酮酸转换为能量相对较高的葡萄糖,在这个过程中,这些“能量可用系统”也被转换成ADP、GDP、NAD+等能量相对较低的物质。这个过程可用下式表示(红色标记的化学物质属于“能量可用系统”):
无论是能量相对较高的物质被转换成能量相对较低物质,还是能量相对较低的物质被转化为能量相对较高物质,生物内各种化学反应的发生都是有序进行的。这一特性(有序性)说明,生物内各种化学反应的发生是外界环境对生物做功的结果,这也说明了生物为什么会是自然界的产物。
基于“能量可用系统”能够驱动化学反应的发生可推知,“能量可用系统”具有两方面的自然价值:一是驱动环境中的物质转换;二是将相对难以在环境中流动的化学能转换成相对更容易流动的热能,更利于自然界实现其能量分布的相对均衡。由此可见,一个非生物体系所含“能量可用系统”的数量和种类越多,那么,该体系中发生的化学反应的种类就可能越多,体系的物质多样性也就越丰富。已知构成一个功能细胞的化学物质种类繁多,表明拥有“能量可用系统”数量和种类越多的非生物体系,就越有可能演变成生物体。
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