Abstract
Жизнь – последовательное превращение, временно существующих и постоянно обновляющихся, биологических иерархических структур. Жизнь связана с преобразованием нестабильных химических веществ, которые возникают под воздействием различных источников энергии. В процессе жизни нестабильные вещества и образуемые ими структуры превращаются в термодинамически устойчивые соединения. Сформулированные положения подтверждаются строгими количественными оценками.
Условия на планете предопределили существование земной жизни
В связи с многогранностью явления жизни затруднительно дать краткое исчерпывающее ее определение*. Однако, по мнению автора, можно выявить некоторую общность явления жизни, связанную, прежде всего, с иерархическим строением живой материи. Эта общность обусловлена действием законов термодинамики, которая ищет минимумы свободной энергии образования всех иерархических структур.
Представляя эту заметку, автор, как и в других подобных публикациях, хотел бы еще раз обратить внимание исследователей, имеющих соответствующее химическое (физико-химическое) образование, на целесообразность использования методов классической термодинамики для осознания явление жизни. Достижения иерархической термодинамики позволяют весьма сдержано относиться к модным необоснованным подходам многих фантазеров и любителей науки, направляющих свои взоры к теории диссипативных структур, касающейся проблем возникновения и развития жизни. Краткость заметок автора, по-видимому, должна помогать восприятию и обдумыванию предоставляемого материала с различных позиций представления о жизни.
Живая система – обособленная в пространстве обновляющаяся совокупность иерархических квазиравновесных структур.
Жизнь на Земле возможна только при наличии жидкой воды, в среде которой наблюдаются преобразования нестабильных химических соединений и супрамолекулярных структур, меняющих свой состав и конформационное строение. Из того факта, что вода существует в жидком состоянии при строго ограниченных условиях, следует, что диапазон условий для жизни очень узок. Этот диапазон ограничивает температурный интервал существования жизни условиями существования жидкой воды и ее физиологических растворов. Многообразие химических молекул, образующихся в результате взаимодействия ряда химических элементов, обуславливает появление разнообразных фаз и возникновение сложных гетерогенных образований – иерархических структур. Существование органических молекул в сравнительно узком интервале температур, содержащих в основном водород, углерод, азот, кислород, серу, фосфор, позволяет считать указанные элементы, с точки зрения иерархической термодинамики живых систем, однотипными элементами.
В условиях Земли основой появления и развития жизни являются термодинамически стабильные вещества, прежде всего, вода, двуокись углерода, азот, фосфорсодержащие, серосодержащие и другие минералы. Эти вещества под действием света, электрических разрядов, тепла и других воздействий превращаются в термодинамически нестабильные продукты. Упомянутые нестабильные продукты подвергаются самопроизвольным химическим превращениям. Эти продукты шаг за шагом, самопроизвольно объединяются в сравнительно стабильные супрамолекулярные структуры и всё усложняющиеся сравнительно стабильные структуры высших иерархий. Все иерархические структуры «на соответствующих временах» обновляются. При этом преимущественно распадаются наиболее энергоемкие химические вещества. Однако вследствие действия супрамолекулярной термодинамики (в частности, принципа стабильности вещества) они постоянно заменяются новыми подобными соединениями. Жизнь заканчивается после прекращения возобновления (самообновления) жизненно важных частей биосистем (клеток, организма, популяции, экосистемы и других). Далее умерший организм (любая биологическая система) подвергается распаду или гниению, превращаясь в термодинамически стабильные продукты. Так заканчивается «жизненная составляющая» цикла обмена вещества и энергии, характерная для биологической материи.
Сформулированные положения подтверждены термодинамическими оценками и вычислениями, которые представлены в монографиях и в известных рецензируемых (физических, химических и биологических) журналах. Много информации автор разместил в Интернете.
Часто задают вопрос о цели жизни. С точки зрения иерархической термодинамики, жизнь стремится к минимальным значениям удельной функции Гиббса образования всех иерархических структур, которые являются её атрибутом (неотъемлемым признаком жизни). С указанных позиций это и есть цель жизни – энергозависимого явления, наблюдающегося в сравнительно узком интервале физических и физико-химических параметров и при определенном химическом составе вещества в зонах её (жизни) существования. Вследствие указанного стремления и действия принципа стабильности вещества в онтогенезе, филогенезе и биологической эволюции организмы и другие живые системы (в структурах высших иерархий) преимущественно накапливают энергоемкое химическое вещество с пониженной его термодинамической стабильностью. Это вещество распадается и заменяется подобным сравнительно нестабильным веществом. Другими словами на всех иерархических уровнях живых систем имеет место обмен химических веществ, а также структур высших иерархий (органоидов, клеток, организмов, популяций, экологических системы и других жизнеспособных структур).
Литература
1. Gladyshev G.P. On the Thermodynamics of Biological Evolution // Journal of Theoretical Biology.- 1978.- Vol. 75.- Issue 4.- Dec 21.-P. 425-441. Preprint, May 1977. “On the thermodynamics of biological evolution.”
2. Гладышев Г.П. Иерархическая термодинамика сложных открытых систем. Препринт. Уфа: Башкирский Филиал АНСССР, 1983.
3. Гладышев Г.П. Термодинамическая теория эволюции живых существ. М.: Луч, 1996. -86с.
4. Gladyshev Georgi P. Thermodynamics Theory of the Evolution of Living Beings.- Commack, New York: Nova Science Publishers, Inc.- 1997.- 142 P.
5. Гладышев Г.П. Супрамолекулярная термодинамика – Ключ к осознанию явления жизни. Издание второе – М – Ижевск. ISBN: 59397-21982. 2003.- 144с.
http://knol.google.com/k/what-is-life-bio-physical-perspectives#
http://knol.google.com/k/georgi-p/thermodynamics-optimizes-life/169m15f5ytneq/27
http://knol.google.com/k/georgi-p/-/169m15f5ytneq/0#knols
http://knol.google.com/k/georgi-p/living-systems-are-quasi-equilibrium/169m15f5ytneq/26
http://knol.google.com/k/georgi-p/thermodynamic-theory-of-evolution-of/169m15f5ytneq/3#http://knol.google.com/k/knol/Search?q=Georgi+Gladyshev&back=169m15f5ytneq.12
21.04.20011
*Существование различных определений жизни не должно вызывать удивление начинающих исследователей. Дело в том, что жизнь сложное многоликое явление, которое по-разному представляется с позиции различных областей науки и разнообразных моделей. Здесь можно вспомнить слова Д. И. Менделеева о том, что невозможно явления и объекты природы охарактеризовать «одним порывом мысли». Всегда нужно учитывать относительность того или иного определения, которое может быть сформулировано с различных позиций. Можно указать на простые примеры. Так, изучая молекулы, принимая во внимание их размер, часто упоминают о мономерах, олигомерах и полимерах. Классифицируя полимеры по механизму их синтеза, вслед за П. Флори, мы говорим о аддитационных и конденсационных полимерах. Обсуждая химический состав полимеров, иногда вспоминают о гомоцепных и гетероцепных высокомолекулярных соединениях и т. д. Это напоминает нам о том, что все в мире относительно. Относительно одной точки отчета, критерия или приближения явление можно считать простым или сложным, стационарным или нестационарным, равновесным или неравновесным и т.п. В виду многообразия жизни, всегда следует оговаривать, с какой позиции рассматривается это явление. Здесь нет никакого противоречия с научными методами познания действительности.
Примечание
Основные недоразумения в понимании эволюции с позиции физики и физической химии, как правило, связаны с неверными представлениями об энтропии. Этот термин ввел Рудольф Клаузиус. Свое «модельное» представление о мире (Вселенной) он представил в виде высказывания: «Энергия мира постоянна. Энтропия мира стремиться к максимуму». В дальнейшем это высказывание Дж. У. Гиббс выбрал в качестве эпиграфа к работе «О равновесии гетерогенных веществ» Упомянутые ученые сделали приведенное высказывание применительно к своей модели Вселенной. Эта модель соответствует простой изолированной системе идеального газа, т.е. изолированной системе идеального газа, энергия и объем которой постоянны и в которой не совершается никакой работы, кроме работы расширения. Энтропия такой системы может только возрастать! Однако любители науки и дилетанты распространили это утверждение на системы других типов, в которых имеет место взаимодействие между частицами (молекулами или объектами других иерархий) и которые (системы) взаимодействуют с окружающей средой. Подобных ошибок не избежали некоторые ученые, не являющиеся профессионалами в соответствующих областях знания. Это привело к невообразимой путанице и затормозило, более чем на столетие, развитие науки. Появились сотни тысяч публикаций в научных журналах и популярной литературе, содержащие отмеченные недоразумения. К этим недоразумениям прибавились некорректные представления о негоэнтропии и «диссипативных структурах в живом мире».
Возникновение жизни и ее эволюция легко объяснимы с позиции иерархической термодинамики близких к равновесию динамических систем. Эта термодинамика создана на прочном фундаменте классической (равновесной) термодинамики – термодинамики Рудольфа Клаузиуса, Дж. У. Гиббса и других великих творцов.
gladyshevevolution 