热力学视野下的进化论
time 写道 "早在1888年，统计力学的奠基人玻尔兹曼就考虑过热力学和进化论之间的关联。1925年美国数学家Alfred J. Lotka在自己的著作中表示了对生物系统也服从物理规则的信心。现在，来自赫尔辛基大学(University of Helsinki)的Ville Kaila 和 Arto Annila利用最小作用原理而提供的熵增和自由能减低之间的关联，把这项工作更近了一步。 一个生态系统通过自然选择的方式产生进化过程，它耗散能量，增加熵，整个系统趋向均衡态(熵最大)。尽管它是有生命的，但是符合如下特点：趋向均衡态，没有高能的外部环境。正是通过这种方式，Kaila 和 Annila 在《英国皇家学会会报A》上发表论文 "Natural selection for least action"，表示热力学第二定律可以写成描绘进化过程的运动方程。
热力学第二定律有 多种表达形式。在这篇文章里选取了其中的两种。一种是写成运动的微分方程，即表达为能量转换过程。在这种表达中，自然选择过程偏好那种在生态系统中使得熵 更快增加的随机变化。第二种则写成积分形式，即表达为最小作用原理：通常来说，运动选取能量最小的路径。Kaila和Annila展示了如何通过化学热力 学的方式将自然选择和最小作用原理联系起来。同一物种的不同变异个体会探索不同的路径以图最快的增熵。这些变异最终会聚集于最可能实现的那条路径上 ----这条路进肯定是最短的，并且能量变化最陡峭。它使得系统趋向均衡态，在生态体系中这种状态表示该系统具有合适数量的植物、食草生物和其它能量转换 机制(有生命的和无生命的)，以保证该系统获得最高的能量耗散速度。(熵是对能量耗散的一种度量)。
在生物学语言中，两个类似的物种(即类似的能量转换机制)争夺相同的能量来源(例如食物)，具有哪怕是微小效率优势的物种(例如爪子、牙齿等)将比另一方 获得更多，即更多的能量流过优势物种。优势物种的数量将会增加。在物理表达中，这一过程被描绘成逐步和自然地选择更有效和更陡峭路径的能量流动。这个可从李雅普诺夫稳定性判据(Lyapunov stability criterion)推出的物理过程，就是生物学中的竞争排除原则(competitive exclusion principle)。有害变异将减少指向产生变异群体的能量流，使得未变异群体获得更强的竞争力，从而获得更多能量流。 研究者表示这一抽象理论只适用于对进化提供一个全面的图景，而不适合解释具体某个物种的进化过程。"
热力学第二定律有 多种表达形式。在这篇文章里选取了其中的两种。一种是写成运动的微分方程，即表达为能量转换过程。在这种表达中，自然选择过程偏好那种在生态系统中使得熵 更快增加的随机变化。第二种则写成积分形式，即表达为最小作用原理：通常来说，运动选取能量最小的路径。Kaila和Annila展示了如何通过化学热力 学的方式将自然选择和最小作用原理联系起来。同一物种的不同变异个体会探索不同的路径以图最快的增熵。这些变异最终会聚集于最可能实现的那条路径上 ----这条路进肯定是最短的，并且能量变化最陡峭。它使得系统趋向均衡态，在生态体系中这种状态表示该系统具有合适数量的植物、食草生物和其它能量转换 机制(有生命的和无生命的)，以保证该系统获得最高的能量耗散速度。(熵是对能量耗散的一种度量)。
在生物学语言中，两个类似的物种(即类似的能量转换机制)争夺相同的能量来源(例如食物)，具有哪怕是微小效率优势的物种(例如爪子、牙齿等)将比另一方 获得更多，即更多的能量流过优势物种。优势物种的数量将会增加。在物理表达中，这一过程被描绘成逐步和自然地选择更有效和更陡峭路径的能量流动。这个可从李雅普诺夫稳定性判据(Lyapunov stability criterion)推出的物理过程，就是生物学中的竞争排除原则(competitive exclusion principle)。有害变异将减少指向产生变异群体的能量流，使得未变异群体获得更强的竞争力，从而获得更多能量流。 研究者表示这一抽象理论只适用于对进化提供一个全面的图景，而不适合解释具体某个物种的进化过程。"
博文
没有评论:
发表评论