Проявление действия термодинамики в эволюции
Как законы иерархической термодинамики направляют процессы зарождения жизни, её эволюции и старения живых существ
(Резюме общей лекции для преподавателей и студентов, прочитанной в Казахском Национальном Техническом Университете им. К.И. Сатпаева, 5 ноября 2015 г., а также докладов в Российской Академии художеств и Президиуме Международной Академии Творчества)
Первичные молекулярные «кирпичики» предбиологической эволюции возникают в зонах высоких температур и давлений на небесных телах или в космосе. Прежде всего, это азотсодержащие молекулы: CN, C2N2, нуклеооснования, например, C5H5N5 – аденин, и многие другие. Как хорошо известно, при указанных условиях эти вещества химически термодинамически стабильны. Далее упомянутые молекулы со временем перемещаются в зоны сравнительно невысоких температур и давлений, где эти соединения характеризуются низкой стабильностью (устойчивостью). Однако не все из них быстро распадаются или реагируют с другими активными молекулами, например, с кислородом. Молекулы, которые в водных растворах термодинамически выгодно соответствуют окружающим их супрамолекулярным структурам, образуют с этими структурами устойчивые «собственные» супрамолекулярные образования и выживают. Примерами таких супрамолекулярных образований являются фрагменты ДНК - структуры, образуемые межмолекулярными связями нуклеооснований. Другими словами, эти сравнительно химически нестабильные в данных условиях молекулы распадаются или преобразуются в другие соединения сравнительно медленно. Чем отрицательнее функция Гиббса (свободная энергия Гиббса) образования подобных супрамолекулярных структур, тем продолжительнее время их жизни (периоды существования). Однако «принцип стабильности вещества» - принцип обратных связей обуславливает обогащение появляющихся супрамолекулярных структур энергоемким (сравнительно мало-стабильным) химическим веществом. Это приводит к некоторому снижению химической стабильности структур, ускоряет их распад и удаление из системы (зон действия локальной термодинамики). Удаление сравнительно химически нестабильных молекул (например, липидов) и их фрагментов из пространственно выделенной системы (например, клетки) сопровождается, вследствие требования второго начала термодинамики, обогащением данной системы подобным веществом из окружающей среды. В этом проявляется обмен веществ, который является неотъемлемым признаком жизни. Биологическая система находится в состоянии постоянного обновления вещества во всех локальных «живых зонах» всех структурных иерархий. Вследствие многочисленных циклов круговорота вещества и энергии в эволюции наблюдается развитие и адаптационное совершенствование дизайна биологических структур на всех иерархических уровнях живой материи. Принцип «вариация и селекции» Ч. Дарвина действует на уровне всех структурных иерархий химической и биологической материи. Сделанные утверждения и выводы подтверждены опубликованными в литературе расчетами и многочисленными экспериментальными данными.
Коллегам, интересующимся проблемами старения (эволюция онтогенеза), возможно, будет интересно ознакомиться с простым текстом и рисунками Презентации «Термодинамика возникновения жизни, эволюции и старения»
https://www.researchgate.net/profile/Georgi_Gladyshev/contributions
Ссылки на литературные источники представлены в статьях, размещенных на сайтах:
https://www.researchgate.net/profile/Georgi_Gladyshev