Многообразие живых объектов и термодинамика

Abstract

Иерархическая термодинамика выявляет структуры оптимальной максимальной стабильности в живом мире. Автор дает простое объяснение термодинамическому саморегулированию направленности развития жизни

С позиции термодинамики квазиравновесных квазизакрытых систем можно дать однозначный ответ на вопрос: почему живая материя стремиться к образованию сложных полииерархических конструкций?

Цитоскелет эукариот (также как все клеточные структуры)состоит из многочисленных микрообъемов, в которых на малых временах устанавливаются супрамолекулярные равновесия

В каждой, пространственно выделяемой природой, моноиерархической квазизакрытой биологической «элементарной» системе – микрообъеме любого иерархического уровня и подуровня скорость установления «усредненного» супрамолекулярного равновесия высока по сравнению со скоростью обмена веществом между указанными выделенными структурами (микрообъемами – сравнительно стабильными или мерцающими кластерами). В каждой упомянутой системе (подсистеме) – микрообъеме удельная функция Гиббса образования упомянутой супрамолекулярной структуры достигает минимума. Однако на сравнительно больших временах выделенные системы (микрообъемы) обмениваются веществом и подстраиваются друг к другу, другими словами,- взаимно адаптируются с точки зрения равновесной термодинамики. Подобные явления наблюдаются в дисперсных системах, например, в коллоидных растворах. Это подтверждается многочисленными экспериментальными данными. Наиболее известной многокомпонентной полидисперсной природной системой является молоко, компоненты которого находятся в тонкодисперсном состоянии. Вряд ли у кого возникнут сомнения в применимости равновесной термодинамики при изучении этой замечательной природной «коллоидной системы».

Молоко – многокомпонентная полидисперсная система

Иерархическая термодинамика шаг за шагом (через взаимодействие структур смежных иерархий) оптимизирует стабильность смежных иерархий.Согласно принципу стабильности вещества (принципу обратных связей) структуры высшего уровня (например, супрамолекулярного), смежного с низшим уровнем (например, молекулярным) при эволюции биологического объекта становится относительно более стабильным, а структуры низшего уровня (в данном случае, молекулярного) становится относительно менее стабильными. По цепочке «от иерархии к иерархии», в соответствие с термодинамическим механизмом «вперед – назад» вдоль иерархической цепи структур, происходит оптимизация максимальной стабильности всех моноиерархий полииерархической системы, например, организма или общества.

Существование взаимно подстраивающихся иерархических структур, характерное для явления жизни, приводит к многочисленному многообразию внутриклеточных структур, клеток, организмов и других живых систем высших иерархий.

Литературу, касающеюся иерархической термодинамики и жизни, легко найти на сайтах автора в Knol, в монографиях и в рецензируемых журналах, см., например:

http://knol.google.com/k/georgi-gladyshev/thermodynamic-theory-of-evolution-of/169m15f5ytneq/3http://knol.google.com/k/georgi-gladyshev/-/169m15f5ytneq/0#knols

Appendix 1

Цитоскелет выполняет функции сорбента клетки

 

Различные постоянно обновляющиеся динамические структуры цитоскелета клетки выполняют роль сорбентов (адсорбентов) хроматографических молекулярных и супрамолекулярных ячеек клетки. Подобно этому структуры динамических каркасов высших иерархических структур в (например, организмов, популяций и экологических систем) являются сорбентами разделяющих структуры, составляющие соответствующие иерархии.