生命过程与生物熵
熵理论
dS •< 0
•成熟阶段 de S di S
到更高级的有序
dS 0
•衰亡阶段
•维持一种有序 • 有序度下降，生物系统在 短期内或局部熵积累过多（ 病态）
de S •< i S d
dS •>0
•耗散结构
•
• • •
一、 问题的提出
二、 自组织现象 三、 孤立系统 开放系统 四、 热力学过程
•一、 问题的提出
•要求 di S > 0 •
•开放系统的熵可增 可减
•开放系统自外界吸取能量 即输入负熵
•对孤立系统 deS = 0 •dS = di S 0 •(回到原来的热二律)
•4.生命过程 •普里高津(I.Prigoging 比利时) •1967年 提出耗散结构 •1977年 获 Nobel Prize (化学〕 •耗散结构打开从
•五、 熵与社会
•
•
可持续发展
环保
•有序
•能力强 •能力弱
•无序
•有序到无序能量转化过程不可逆
• 一部分能量不能再作功
• --能量退化
•对热律深入认识 •A)能量退化角度认识 • 孤立系统内发生的自发过程 • 必然导致能量的退化 •B)熵的角度认识 • 孤立系统 … 导致熵的增加 •熵是能量不可用程度的量度 •能量危机 就是熵的危机
•物理科学 生命科学 的窗口
•生命过程---耗散过程
•高熵---混乱 •热平衡----死亡
• 要活着---身体保持低熵状态
•薛定谔：生命是什么? •“ 生 命 之 所 以 能 存 在 ， 就 在 于 从 环 境 中不断得到 ‘负熵’‛ •“有机体是依赖负熵为生的 ‛
•----生命的热力学基础
生命过程与生物熵
１６ 年 法 国 物理 学 家 克牢 修 斯 提 出 了一 个 物 理 量 和新 函 ８４
的非平衡系统 ， 生命现象也 与熵有着密 切关 系，生命体 和一 切无机物的一个 根本 区别是它具有高度 有序性。根据这一特
点 用 “ ” 描 述 生命 是较 为恰 当 的 。引 入广 义熵 的 概 念 来 度 熵 来
７ 刘振华 ， 陈晓红． 裘法祖 院士关 心误诊研究． 临床误诊研 究， ０ ７ ２０ ，
２ １ ２ Ｏ： ～ ．
４ 陈小嫦． 国医疗事故赔偿责任分担模 式的弊端及改进． 我 中国医院
管 理 ，０ ８２ （ ）２ ￣ ３． ２０ ，８ ４ ：９ １
Ｍ ｏ ｅ ｒＤ ｉｇ ｏ ｉ ｓ ｄ ｏ Ｂａ ｅ ｒ ｕ ａ ｄ ｌＦｏ ａ ｎ ｓｓ Ｂａ ｅ ｎ ｙ ｓ Ｆｏ ｍ ｌ
Ｚ ａ ｇ Ｑｕ ｎ ｈ ｏ ｅ ｌ ｈ ｎ ａ ｃ ａ ， ｔａ
（ ｅｃ ｉｇ ａ ｄ Ｒ ｓ ｒｈ Ｄｉｉ ｏ ｆ Ｈｉｈ ｒ Ｍａｈ， ｎ Ｈｕ Ｃ ｌ ｇ ， ｈ ｎ Ｕ ｉｅｓ ｙ ， ｈ ｎ Ｔ ａｈ ｎ ｎ ｅｅ ｃ ｖｓ ｎ ｏ ｇ ｅ ｔ Ｄｏ ｇ ｏｌ ｅ Ｗｕ ａ ｎｖｒｉ ａ ｉ ｅ ｔ Ｗｕ ａ
（ 新疆 医科大学 医学工 程技 术学 院
摘 化进行 了分析 ， 探讨 了生命过程中负熵流与熵增 的变化趋势以及原因。
关键 词 ： 生物 熵 ； 耗 散 结 构 ； 生 命 过程
乌鲁 木齐 ８０ １ ） ３０ １
要 ： 利用耗散结构理论通过生物熵在生命过程的变化分析 ， 建立了正常生命过程的生物熵变数学模型 ， 并对模型的数值变
ｅ ｔｂ ｉｈｎ ｓｉｕ ｉｎ ｏ ｄ ｃ ｌ ｉｂｌ ｙｉ ｓ ｒ ｎ ｅｉ ｕ ｏ ｎ ｒ ． ｓａ ｌ ｉｇ ｉ ｔ ｔ ｆｍｅ ｉａ ａ ｉ ｔ ｕ ａ ｃ ｏ ｒｃ ｕ ｔｙ ｓ ｎ ｔ ｏ ｌ ｉ ｎ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ Ｂａ ｅ ｏ ｍ ｕａ ｍ ｏ ｅ ； ｅ ｉａ ａｐ ａ ｔｃ ；ｏ ｐ ｎ ａｉｎ；ｎ ｔｔ ｔ ｎ ｏ ｅ ｉａ ｉｂｌ ｙ ｉ — ｙｗｏ ｄ ｙ ｓｆ ｒ ｌ； ｄ ｌｍ ｄ ｃｌｍ ｌ ｒ ｃｉｅ ｃ ｍ ｅ ｓ ｔ ｏ ｉｓｉｕ ｉ ｆｍ ｄｃ ｌｌ ｉ ｔ ｎ ｏ ａ ｉ
生命是一种负熵
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
15
发达的耗散结构，具有最为复杂而精密 的有序化结构和严谨协调的有序化功能 。因此，所有生命系统包括人类社会的 发展都是有序化的不断增长过程
人类社会的有序化发展过程（即耗散结 构的有序化过程）往往需要以环境更大 的无序化为代价，因此从整体上讲，由 人类社会本身与周围环境所组成的更大 范围的物质系统，仍然是不断朝无序化 的方向发展，仍然服从热力第二定律。
热力学第二定律：退化观念体系 达尔文进化论：进化观念体系
生命赖负熵为生——薛定谔
• 生命以负熵为食，由奥地利物理学家薛 定谔提出，是生物信息学一个重要观点 。即生命依靠从外部环境摄取负熵维持 和发展。
耗散。
• 耗散结构理论认为，生命是远离热力 学平衡的，它从环境摄入高级形态的 能量，将低级形态的能量排给环境， 是从环境摄取负熵的能量转换器。即 生命的维持和发展是以造成环境的熵 增加为代价的。生命中物质和能量代 谢的实质，是通过交换从环境摄取负 熵。
生命是一种负熵
• ——生命以负熵为食
热力学第二定律：退化观念？ 达尔文进化论：进化观念？？
Welcome by your audience
Appreciated by your manager
Identify with your customer
Admired by your colleague
Self-satisfaction
生命体是一种远离平衡态的有 序结构，它只有不断地进行新 陈代谢才能生存和发展下去， 因而是一种典型的耗散结构。
生命的成长过程是生命系 统的熵变由负逐渐变化趋 于0的过程，可以说随着 生命的成长，生物熵是由 快速减少到逐渐减少的过 程，这个过程中生物组织 的总量增加，有序度增加， 生物熵总量减少，所以熵 增为负
熵在生命科学中应用的研究进展
熵在生命科学中应用的研究进展生命科学是一个极为复杂而有趣的领域，涉及到许多不同的学科和研究方向。
熵是一个跨学科的概念，在生命科学中也有着广泛的应用。
本文将介绍熵在生命科学中的应用研究进展，包括生物信息学、生物化学、生态学、进化生物学等方面。
一、熵在生物信息学中的应用生物信息学是一门交叉学科，研究生物系统的信息处理和模拟。
熵作为信息论的核心概念，在生物信息学中也有着广泛的应用。
例如，熵可以用来描述DNA序列的复杂性和乱序程度。
研究表明，不同种类的DNA序列具有不同的熵值，而DNA序列的熵值也与生物体内许多生物学特征密切相关，如基因表达、蛋白质组成和代谢途径等。
因此，通过熵值的比较和分析，可以研究不同生物体系之间的相似性和差异性，为生物分类和进化研究提供了重要的依据。
二、熵在生物化学中的应用生物化学是研究生命现象与化学反应之间相互关系的学科，熵作为化学中的基本概念，在生物化学中也有着广泛的应用。
例如，熵可以用来描述蛋白质结构的稳定性和折叠过程。
研究表明，蛋白质折叠过程中的熵变是一个重要的决定因素，不同氨基酸序列和折叠速度的蛋白质，在折叠过程中熵变也不同。
因此，通过熵值的计算和分析，可以预测蛋白质的稳定性和折叠速度，并设计新的蛋白质结构，为药物设计和生物技术研究提供了重要的基础。
三、熵在生态学中的应用生态学是研究生物与环境之间相互作用的学科，熵作为环境科学中的基本概念，在生态学中也有着广泛的应用。
例如，熵可以用来描述生态系统的稳定性和耗散过程。
研究表明，生态系统的熵值可以反映其内部能量转换和物质循环的复杂程度，也可以用来测量生态系统对外界扰动的响应能力。
因此，通过熵值的计算和分析，可以评估和预测生态系统的稳定性和健康状况，并为生态保护和环境治理提供重要的参考。
四、熵在进化生物学中的应用进化生物学是研究生命起源和演化的学科，熵作为信息论中的基本概念，在进化生物学中也有着广泛的应用。
例如，熵可以用来描述基因组的变异和演化过程。
生命过程与生物熵(一)
生命过程与生物熵(一)作者：马远新安虎雁毛莉萍【摘要】利用耗散结构理论通过生物熵在生命过程的变化分析，建立了正常生命过程的生物熵变数学模型，并对模型的数值变化进行了分析，探讨了生命过程中负熵流与熵增的变化趋势以及原因。
【关键词】生物熵；耗散结构；生命过程1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。
统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。
20世纪60年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。
熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念〔1〕。
这种广义熵的提出,阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性〔2〕。
各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统,生命现象也与熵有着密切关系,生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。
根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。
引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量,称为生物熵。
本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型,用以描述生命过程的熵变。
1生命的自组织过程中的公式模拟一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。
生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。
但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。
熵与生命
熵与生命一个健康的生物体是热力学开放系统，基于处于非平衡态的稳态。
生物体内有血液流动、扩散、各种物质生化变化等不可逆过程发生，体内熵产生ds/dt>0.对人体而言，摄入的食物是蛋白质、糖、脂肪，是高度有序化、低熵值得大分子物质，排出的废物是无序的、高熵值的小分子物质。
保持d e s<0,以抵消机体内不可逆过程引起的熵产生d i s>0,以维持生命。
自然界并没有负熵的物质。
熵是物质的一种属性，可将物质区分为高熵和低熵物质。
生命的基本特征是新陈代谢，从熵的角度看新陈代谢实际上是生命体汲取低熵、排出高熵物质的过程。
动物体摄取的多糖、蛋白其分子结构的排列是非常有规则的，是严格有序的低熵物质，而其排泄物却是相对无序，这样就引进了负熵流。
植物在生长发育的过程中离不开阳光，光不仅是一种能量形式，比起热是更有序的能量，也是一负熵流。
当系统的总熵变小于零时，生命处在生长、发育的阶段，向着更加高级有序的结构迈进。
当总熵变为零时，生命体将维持在一个稳定、成熟的状态，而总熵变大于零的标志则是疾病、衰老。
疾病可以看作是生命体短期和局部的熵增加，从而引起正常生理功能的失调和无序，治疗则是通过各种外部力量干预机体，促进吸纳低熵、排出高熵。
生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程。
衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死忙，这是一个不可抗拒的自然规律。
李宏柳1333101513药升（1）班。
熵名词解释生物学
熵名词解释生物学熵，这个听起来有点神秘的名词，在生物学中可是有着相当重要的地位呢！你可以把熵想象成一个调皮捣蛋的小精灵，总是在生物系统里跑来跑去，搞出各种状况。
它代表着系统的混乱程度或者无序程度。
比如说，一个整洁的房间，如果没有人收拾，东西就会乱摆乱放，变得越来越乱，这就是熵在增加。
在生物学里也是一样，如果细胞内的物质和能量分布没有规律，变得乱七八糟，那这个细胞的熵就增加了，说不定就会出问题。
再想想看，我们的身体就像是一个精巧的大工厂。
细胞们在里面有条不紊地工作，进行着各种化学反应和物质交换。
如果这个过程变得混乱无序，就好像工厂里的机器都乱了套，生产出来的东西都不合格，那我们的身体能好吗？这其实就是熵在捣乱。
又比如说，生态系统中，各种生物之间有着复杂的关系，相互依存，形成了一个相对稳定的平衡。
如果某个环节出了差错，比如某种关键的植物灭绝了，那么整个生态系统就可能变得混乱，熵也就增加了。
熵的概念还和生物的进化有关系呢！生物为了生存和繁衍，不断地适应环境，变得越来越复杂和有序。
这是不是有点像在和熵这个调皮鬼作斗争？生物努力让自己的“小世界”更加有条理，熵就没那么容易得逞啦。
而且，熵还和生命的衰老有关。
随着时间的推移，身体的机能逐渐下降，细胞的工作不再那么高效，就好像是熵这个小精灵在慢慢捣乱，让身体变得越来越脆弱。
你说，这熵是不是既让人头疼又很有趣？它就像是一个隐藏在生物世界背后的小调皮，时不时地跳出来给我们制造点麻烦，但也正是因为它的存在，才让我们更加珍惜生命中的有序和美好。
总之，熵在生物学中可不是个简单的名词，它时刻影响着生命的种种过程，让我们对生命的奥秘有了更深的思考和探索。
我们要不断地去了解它，才能更好地理解生命的奇妙之处。
熵增原理的适用对象是什么
熵增原理的适用对象是什么熵增原理是热力学中的基本原理，用于描述系统熵的变化。
它可以被应用于各种物理、化学和生物系统。
适用对象包括了不可逆过程、理想气体、热媒、混合物、生物体等。
以下将详细阐述这些适用对象。
首先，熵增原理可以用于描述不可逆过程。
不可逆过程是指系统中各种变量的改变无法完全逆转为初始状态的过程。
熵增原理指出，对于一个孤立系统，其熵在不可逆过程中是相对于初始状态增加的。
这是由于不可逆过程会引起系统内部的无序度增加，从而使系统的熵增加。
例如，一个气体在容器中快速膨胀，其熵会增加，因为气体分子的无序度增加。
其次，熵增原理也适用于理想气体系统。
理想气体是指气体分子之间不存在相互作用力，且符合理想气体状态方程的气体系统。
在理想气体的熵变中，熵增原理要求熵的增加应该大于等于外界对气体所做的传热。
这是因为，根据热力学第二定律，热量传递总是从高温处向低温处传递，而熵增原理则进一步强调了气体系统的熵必须增加的方向性。
熵增原理还适用于热媒系统中。
热媒是指用于传热的介质，如水、空气等。
热媒在传递热量的过程中，其熵也会增加。
例如，热媒在传热过程中会因为温度差异而发生热传导，并伴随着能量的扩散和无序度的增加。
根据熵增原理，热媒在传递热量的过程中熵将增加，这也正是热传导的不可逆性的一种体现。
此外，熵增原理也可以应用于混合物系统中。
混合物是指由两个或多个组分混合而成的系统。
在混合物的熵变中，熵增原理要求熵的增加应该大于等于混合过程中系统所做的功。
这是由于混合过程中不同组分之间的相互作用力会导致能量的扩散和无序度的增加。
根据熵增原理，混合物的熵必须增加，这也是混合过程的不可逆性的一种体现。
最后，熵增原理还适用于生物体。
生物体是指具有生命活动的物质体。
生物体的熵增原理要求在生命活动过程中，熵的增加应该大于等于生物体所做的功。
这是由于生物体的新陈代谢过程中，能量和物质的转化会导致能量的扩散和生物体内部的无序度增加。
根据熵增原理，生物体的熵必须增加，这也是生命活动过程的不可逆性的一种体现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生命过程与生物熵
作者：马远新安虎雁毛莉萍
【摘要】利用耗散结构理论通过生物熵在生命过程的变化分析，建立了正常生命过程的生物熵变数学模型，并对模型的数值变化进行了分析，探讨了生命过程中负熵流与熵增的变化趋势以及原因。
【关键词】生物熵；耗散结构；生命过程
1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。
统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。
20 世纪60 年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。
熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念［1］。
这种广义熵的提出, 阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性［2］。
各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统, 生命现象也与熵有着密切关系, 生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。
根据这一特点用“熵”来描述生命是较
为恰当的。
引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量, 称为生物熵。
本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型, 用以描述生命过程的熵变。
1 生命的自组织过程中的公式模拟
一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。
生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。
但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。
生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵，可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。
生物进化是个熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。
一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。
自组织现象可以通过下面过程说明：
①蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。
这种有组织的排列决不是随机形成的，而是生命的自组织过程［4］。
这表明生命体的有序自组织的形成与随物质、能量和信息带进生物体而引起的负熵有关。
大的负熵状态,必然有利于有序自组织的形成。
而自组织有序度的提高, 也必然会导致生物熵的进一步减少。
②生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于0的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。
③衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律［5］。
生命过程是一个开放的热力学系统，熵变可以用一个耗散型结果进行描述。
dS=dSi+dSe。