第2讲自然界的演化发展幻灯片.ppt

超循环理论的产生 复制和突变能力的复杂化学分子系统，正是这分子系统，正是这种分子系统引导了无机物质到生命细胞形成的过程。这就是”超循环”系统，它是由三级循环系统构成的复杂系统：反应循环系统，催化循环系统和催化超循环系统。 * 自然辩证法-第二章 * 反应循环系统 一种化学分子经过多步骤的反应过程形成另一种产物化学分子，在这种反应中由于中间产物保持着一定的浓度，反应过程持续的进行，因此稳定的反应系列就相当于一个反应循环 反应循环类似于生命系统的第一特征—新陈代谢。它是由状态中浓度的非平衡引起的,也是一种最简单的开放性耗散系统。由于浓度差引起了反应流，使系统离开了混乱的平衡,出现了简单的有序。 * 自然辩证法-第二章 * 催化循环系统 催化循环是由多个反应循环相互联系形成的二级循环网络.这种循环网络的形成要求有两种变化:第一是反应循环的产物不是任意的,而是一种催化作用的催化剂,比如酶等;第二是多个产物使催化剂的反应循环之间形成了彼此催化的相互作用或循环催化作用. 催化循环系统相当于生命系统的第二特征—自复制.一个单独的反应循环不可能是自稳定和自我信息保持的,一个多个互为的反应循环则可能形成一种信息自保持或自复制的系统. * 自然辩证法-第二章 * 催化超循环系统 催化超循环系统是由催化循环系统相互联系构成的第三等级的化学反应系统.它的要求是:第一,催化循环不仅是内部自催化的,它还能产生副产品,产生其它催化循环有作用的催化剂;第二,通过这些催化剂,形成了相互催化和循环催化的超循环催化网络系统. 催化超循环相当于生命系统的第三特征出现—突变性. * 自然辩证法-第二章 * 超循环理论的意义 超循环理论是续耗散结构理论和协同学之后的又一种关于非平衡系统的自组织理论.超循环理论之所以摆脱了庸俗进化论和形而上学发展观,在于它深刻的揭示了生物进化中的多样性和同一性的对立统一。 * 自然辩证法-第二章 * 超循环理论的正确性在于,内在的基因突变和自我复制是发展变化的根据,外部的环境选择适应和物质,能量,信息的供应是发展变化的条件,它是辩证发展的循环观,因而是超循环.艾根建立超循环理论之后特别指出,超循环理论的基本原理具有社会科学和思维科学的意义. * 自然辩证法-第二章 * 3. 系统进化的机制和条件 1) 开放是系统进化的先决条件――系统要从无序走向有序，必须保持对外环境的开放性，与外界交换物质和能量。 孤立系统：与外界环境之间没有任何的物质或者能量交换 封闭系统：封闭系统与外界环境之间虽然没有物质交换，却可以有能量交换 开放系统：与外界环境之间既可以有物质交换也可以有能量交换。 * 自然辩证法-第二章 * 其中： 孤立系统的自发过程使系统内部的各种差异削平，系统的有序程度降低，处于近平衡态或平衡态。 * 自然辩证法-第二章 * 封闭系统的行为可以用亥姆霍兹自由能公式表达: F=E-TS 式中，E是系统的内能，S是系统的熵，T为绝对温度。封闭系统的平衡态，可用自由能的极小值来定义。当温度很低时，熵S的影响几乎可以忽略，系统的自由能接近于内能，系统形成低温平衡有序结构，但不可能出现非平衡有序结构。 * 自然辩证法-第二章 * 系统要从无序走向有序，必须保持对外环境的开放性，与外界交换物质和能量。 开放才有可能建立、维持、扩大系统内部的某种差异，从而使系统的有序程度提高，处于远离平衡态； * 自然辩证法-第二章 * dS=dSe+dSi dS：系统熵的增量 dSe：外界对系统的熵流 dSi：系统内部的熵 dSi≥0 dSe可正可负， dS小于零时熵减少， 系统趋向于有序 * 自然辩证法-第二章 * 问题： 是否只有开放系统才能进化？ 开放系统必然会进化吗 To * 自然辩证法-第二章 * 2)“非平衡是有序之源”―要从无序向有序进化，系统必须远离平衡态。 系统的状态： 1，平衡态：稳定 不可能出现新结构，不会进化 2，近平衡态 3，远离平衡态：失稳 状态有可能变化，有可能进化 什么情况下远离平衡态呢？ * 自然辩证法-第二章 * 3)非线性机制是系统进化的内在根据 系统要素之间的非线性相互作用是系统进化的基础和根本机制。 ? 系统要素间的相互作用可用数学形式来刻划，可分为线性的与非线性的。 ? 非线性相互作用产生的相干效应、分岔效应和临界效应是系统进化的基本机制。 ? 非线性机制规定了系统演化的可能方向与路线。 ――只有非线性机制才能使系统内诸要素之间相互维系形成有机整体，导致系统失稳、旧结构瓦解、新的有序结构得以产生。 * 自然辩证法-第二章 * 4）随机涨落是直接诱因 涨落是指系统的某宏观量在某时刻对统计平均值的偏离或起伏。 涨落选择系统未