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发信人: cameran (竹晨), 信区: Biology
标  题: 第一章 生命现象
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年08月14日19:36:14 星期二), 站内信件

第一章 生命现象
　
一、物质系统
　
宇宙间物质，以其相互关联和运行的状况的方面来划分，有孤立系统、封闭系统和开放
系统三大类。
这里所说的系统，是指这样的一些物质群，限制和驱动系统内物质运动及变化的因素只
有其相互间的自发作用。
与热力学上“物系”一词的概念不同的是：热力学方面的物系是人为建立起来的，它一
定有一个边界，这个边界可以是人工的物理界面，也可以是人为虚构的界面。而这里所
说的物质系统则是自然形成的，它的边界不能被人为限定。而是由其内的物质自己组织
起来的。
孤立系统，是指这样的一种物质群：它与系统以外的物质没有任何关系。能使自然物系
不与其它物质有任何关系的唯一方式就是：远离其它物质。因此可以认为，自然物质的
孤立性是空间意义上的。一个孤立系统，必须是在其周围足够大的空间内没有任何物质
的存在。
　
封闭系统，则是指与外界有能量交换，但无物质交换的物系。在自然状态下，封闭系统
与外界交换能量的唯一途径就是辐射能。
封闭系统的一个最大特征就是，其内物质始终处于一种有序状态中。有序状态，意指在
一定的宏观观尺度上，其物质的运动是单指向的。
封闭系统的有序状态，是与外界交换能量的结果。而在其能量的交换过程中，一般都遵
循如下的定律：
　　
　
　
其中：ΔU 为系统从状态B进入状态A时的内能变化
U入 为此阶段内进入系统的能量
U出 为逸出系统的能量。
这里所说的内能，是指以任何形式滞留在系统中的所有能量的总和，其中包括可以存贮
能量的机构。
以其内能的变化状况来看，封闭系统可以有Δ＞0、ΔU＜0以及ΔU＝0三种情形，其中当
ΔU＝0时，系统将处于动态平衡状态，此时的U入=U出，而系统则仍处于有序状态。
显然，这与人们的习惯想法有所不同。一般认为：物系内的有序运动都需克服其自身的
粘滞性，因而要想使物系保持有序状态，必须为克服其系统的粘滞力而不断补充能量。
换句话说：物系的有序运行应该是一种耗能过程。
然而实际上，物系的有序运行在足够的宏观尺度上来看是不耗费能量的。通俗地讲：物
系的有序运行是一种用能过程，而不是耗能过程。在此过程中，有用的能量被转化成了
无用的能量。
由此我们可以进一步推断出，物质系统自身具有保持其原来状态的性质，它可以扩展地
表述为：
物系在外界对其影响因素发生变化，从而使其宏观状态亦发生变化时，系统本身具有保
持其原来状态的特性。
这就是状态惯性定理，它具体表现在物系的驰豫特性上。
　
开放系统，与外界既有能量的交换，也有物质的交换。
当然，自然状态下的开放系统不是人为划定的，而是有一个自然形成的界线。在这里，
我们找到了一个合适的状态参量——独立程度，来形容此界线。
开放系统无法单独地存在，而只能存在于其它物系内，一般是存在于封闭系统内。为了
充分说明其情形，我们先想象这样一个封闭系统。
当某一物系有能量出入时，其内物质的运行便进入一种有序状态，这种运行一般都遵循
着某种模式。在此当中，决定其运行模式的因素有两个方面：一方面是物质的物理及化
学性质，另一方面则是系统内物质所组建的机构。
机构，是指由物质组构的形状相对稳恒的建筑物。这种建筑物通过与其它物质的相互作
用而对其运行施以限制，从而达到影响其运行模式的目的。这种影响可称为此机构所具
有的机能，而这些机能则都可使系统的运作模式超出其自发状态下的物理化学过程的模
式。并且，又由于机构可以任意地构造，因而它可以使物系的运行模式表现出无穷多的
式样。
通常机构都是在系统的有序运行过程当中建构起来的。它与外界的相互关系极为密切。
因为，建构机构所使用的动力就是其有序运行。
一般封闭系统内物质的有序运行模式都属循环链路式。如果将其看作是由一连串的小环
节连起来的链状系统。则：此系统中的任何一个小环节发生变化时，都将牵动整个系统
都随之变化。然而在此系统中，如果其内的一些环节是由机构组成的，则介质在流经此
处时，必然会按某一固定的程式运行。如果在此当中，有些机构可以使流经自身的介质
某种程度地不随整个系统运行状况的波动而变动，它就可以稍微地脱离开整个系统对它
的影响，从而使自己具有一定的独立性。这种可独立于整个系统之上的小环节，就是前
面所提到的开放系统。
　
开放系统不象封闭系统和孤立系统那样是存在于真空当中的，而是需要有一个承载它的
场域，这种承载场域一般都对开放系统内的介质运行有一定的影响，当这种影响是由一
个相对稳恒的机构所提供的，则可称其为此开放系统的外构机能。
与外构机能相对应的就是内构机能，内构机能是由开放系统内的介质自身建构起来的机
构赋予的。一般的开放系统，都是既有内构机能，又有外构机能。
虽然，开放系统的运行程式都只在很小的程度上受它所在的母系统运行的影响，但无论
如何，它都无法彻底脱离开母系统而完全地独立。
　
二 开放系统的形成
　
参与物系运行的所有物质群，称为系统的运行介质。
在一个介质组分较为复杂的封闭系统内，由于其内各组分的物理、化学性质相差悬殊，
因而通常都是性质相近的物质群组成一个有序的循环链路，其它物质则无法参与进来，
只能充当其承载场域。
　
进入封闭系统的辐射能推动其内介质循环链路的各种介质进行有序运行，从而使其内粘
滞性不同的介质之间，以及介质与场域之间产生相互作用，这些作用有时会使介质或场
域内的某些物质偶然性的组构出一个架构相对稳恒的机构来，而穿过它的介质则被此机
构限定，使之必须按某种程式运行。这样，一个相对独立的开放系统便形成了。
能形成自然态开放系统的途径只有这一个。这样，我们就得出一个物系基本定律：
　
自然态的开放系统必然是一个机构。
　
介质的有序状态是能量流动的一种表现，而在此能量的流动过程中，一些能量被机构留
滞，并用于其机构的组建。这样，在某种意义上讲，机构还是留滞能量的一种形式。
　
由于涉及能量流动的自发过程都是从高能位状态向低能位状态流动。因而，自发的机构
组建过程一般都是在介质从高能位状态流向低能位状态的过程中，将介质留滞在高能位
状态。
宇宙间的封闭系统大多都是繁杂的复相多元系统。其内的不同组分在从外界吸附能量，
而进入高能位状态后，即以各种可能的方式流向较低能位，并释出自己吸附的能量。显
然，此过程必将在其内形成一个有序的介质流束。
多种性征不同的物质组成的这种介质流束，夹杂着场域物质的作用，即产生模式复杂的
相互扰动。这种扰动使得其内一些介质能有机会形成具有一定结构的聚合体，如果这个
聚合体在稍长的一段时间内不会被介质流束所肢解，一个具有相对稳定性的机构便形成
了。而流经此聚合体的介质运行则被限定在相应的程式中。
　
由于机构是在介质的运行当中组建的，并且在此过程中，其介质在机构内的运行通常都
进而有益于机构的建构，这就使得此机构始终处于一种不增长的状态中。因而，开放系
统还是一种具有明显的进行性和可增长性的物系。
　
三 开放系统的性征
　
1．开放系统的独立程度
开放系统能脱离开它所在的母系统而独立存在的程度，与其具有怎样的机能有直接关系
。
大体上，一个开放系统如能具备更多些的机能，其独立程度就更强一些。然而最主要的
，开放系统的独立程度是由其外构机能占总机能的比率决定的。
由于外构机能是由其场域所赋予的，因而部分依赖于外构机能的开放系统，常常会受其
场域的限制，而使其一旦脱离开其诞生场域，整个系统就会因部分机能的缺失而解体，
这就使得它只能是固着在场域上的。并且，由于外构机构不能随介质的运作一起动作，
它还常常牵制着自身的发展及其机能的进化。
　
2．开放系统的适应能力
开放系统是一个从其母系统中独立出来的小环节，它可以一定程度地以自己的模式运行
，而不受母系统的影响。
然而，由于受介质和机构等各方面的性质所限，一个开放系统若要正常存在下去，其所
在的母系统的境况变化还必须局限于某一合适的范围内。否则，其机构亦将被肢解。
一个开放系统能适应这种变化的范围越大，我们就称其适应能力越强。
母系统的这种境况的变化，主要是物系所处的环境条件和物理场的变化，因而开放系统
表现出的这种适应能力，实际上也就是它对所处环境条件的适应性。一般来说，一个系
统的机能越复杂，其中的一些机能就越有可能专化，而成为专门以适应环境条件的变化
为目的的机能。由此可以认为，具有较复杂之机能的系统，其适应性也较强。
　
3．开放系统的不可逆性
开放系统的机构组建，是由其母系统中介质流束的有序运行提供动能的，这种单指向的
介质流束使得开放系统在机构的组建及其机能的进化等方面也都表现出单指向性，这就
是开放系统的不可逆性。
实际上，如果假定开放系统可逆，那么在系统处于逆向运行状态时，其相应的内构机构
就会随其介质的运行而向下行发展。这样，机构也就会被逐渐肢解。
当然，如果其可逆机能是一种外构机能，则它完全有可能形成一个可逆的开放系统。但
必须是此外构机能可以控制(或间接控制)整个开放系统的运作，这样才能保证其整个系
统可逆。然而在此时，系统就将没什么独立性可言，所以也就不能称其为开放系统了。
由此我们可以认为，具有一定独立程度的开放系统必然是不可逆的。
　
4.开放系统的稳恒性
开放系统的机构确定下来之后，其介质的运行便会以某一模式进行，而模式化了的介质
运行反过来又使机构的组建亦按一定的模式进行，从而使开放系统在如下这两方面表现
出一定的稳恒性：
(1)运行速率程式化。开放系统从形成机构开始，其介质的运行速率及其变动程式就被确
定在很窄的变化范围内。
(2)机构的增生及进化指向程式化。由于机构是通过介质的运行来组构的，因而介质的运
行程式一但被确定，整个机构将被组构成什么样子，也就大体上确定了下来。
　
地球上的开放系统也就是我们所熟悉的生物，因而上述开放系统的特征，也就是地球生
物的特征，其中：地球生物的独立程度，由于其建构所采用的形式，各物种都基本上一
样，都是以DNA为遗传基因，在其自发的生长过程当中建造机体组织的。因而所有物种的
独立程度都大体一样。只是有些植物由于需附着在地面上，即：它含有一部分外构机制
，因而要比动物的独立程度稍差一些。另外，完整的生物又比原生生物之前的病毒、吞
噬体等的独立程度强一些。
地球生物的环境适应能力，大体上与其机体的繁杂度成正比。例如：高等生物比低等生
物环境的适应能力强，动物比植物的适应能力强，等等。人类机体是所有生物当中最复
杂的，因而其环境适应能力也是最强的。
地球生物的不可逆性，表现在其生成和衰亡的不可逆性，以及机体生长和新陈代谢的不
可逆性等等。
而地球生物的稳恒性，则表现在其机体生长速度的稳恒性和物种演进指向的稳恒性这两
方面。
　
四 开放系统的产生几率
　
显然，封闭系统中必须含有有序的介质流束，其内才有可能产生开放系统。
这样，对于一个封闭系统，U入的值越大时，可能产生开放系统的几率也就越大。由于U
入与系统温度大体上成正比关系。因而，易于产生开放系统的地方，通常都具有更高一
些的温度。
从开放系统一般都对环境条件有一定的要求这一点上来看，封闭系统在宏观状态方面还
必须是在足够长的期间内没有大的变化，开放系统才更易于形成。这样，就要求封闭系
统的ΔU接近于0。也就是说，其内能的变化越接近０，封闭系统内可能形成开放系统的
几率也越大。
有益于开放系统形成的另一个因素就是：其内介质流束有序活动可能出现变化的范围应
足够小。
从宏观上看，在其它各方面条件的变化一定时，状态惯性越大的物系，它对外界条件变
化的吸收和缓冲能力也就越大，从而也就越有益于开放系统的形成。
从微观上来看，场域均质性越好，在它上面产生开放系统的几率就会越大。
　
封闭系统内的介质运行的循环链路，一般都是排布在一个较大地段内，如果此地段的各
个部位在物理、化学条件方面不相一致，则其介质在运行过程中所处的场域条件就会不
断变动。
显然，对于依赖场域机构的游离态开放系统来说．其所处境况必然会虽其介质的流动而
不断变化，从而使其环境条件亦随之产生变化。这样,就要求此母系统所处的场域必须有
足够大的一段均质地带，才能保证此开放系统不会因所处场域位置的变动而导致其机构
解体。
这里所说的均质地段，指的是将场域分成足够小的单位时，其所有单位的物理、化学特
性质都相互一致。
综上所述，一个封闭系统内可能产生开放系统的有利条件应该有以下三点：
(1)有较大的U入 值；
(2)ΔU趋近于0；
(3)有较大的状态惯性；
(4)承载场域有良好的均质性。
　
地球上生成的开放系统，就是我们所熟悉的生命现象。一般认为，只要是具有良好独立
性的开放系统，都可以称其为生物，并有可能进化成为智能生物。
目前很多生物学家都在试图从地球以外的星体中寻找生命，然而遗憾的是，人们常常以
地球生物为标准来衡量其它星体，把没有水、空气、有机物以及温度不合要求的星体都
判为无生命的星体。
但就笔者认为，生命的组构材料不只限于有机物，它可以是任何的流体或半流体介质，
它的运行程式可以是极特殊的，适存环境也可以是人们难以想象的。只要它是一个具有
一定独立性、适应性和稳恒性的开放系统，就可以被认为是生命。
即使是在地球上，与现有生物适存条件相去甚运的地方，也能生成新的物种。例如，19
82年海洋学家约翰·阿·巴罗斯和乔迪·维·德明，在从源海火山口喷出的热水中，发
现了需在300℃左右的高压热水中才能存活的细菌，并且如果降低温度，这些细菌便会被
冻死。

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欲讯秋情众莫知, 喃喃负手叩东篱。
孤标傲世偕谁隐，一样花开为底迟？
圃露庭霜何寂寞，鸿归蛩病可相思？
休言举世无谈者，解语何妨片语时。

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