Что такое стационарное состояние в биологии

Теория стационарного состояния

Работа выполнена ученицей 7 класса при изучении темы «Развитие жизни на Земле».

Просмотр содержимого документа
«Теория стационарного состояния»

Возникновение жизни на Земле

Теория Стационарного Состояния

Что означает теория стационарного состояния

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.

По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли исчисляется 4,6 млрд. лет. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда.

Теория Стационарного Состояния

Гипотезу стационарного состояния иногда называют гипотезой этернизма (от лат. еternus – вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким учёным В. Прейером в 1880 г.

Сущность теории стационарного состояния жизни

В доказательство своей теории сторонники этернизма приводят латимерию, кистеперую рыбу. Считалось, что латимерия вымерла в конце мелового периода, но была неожиданно поймана в районе Мадагаскара. Этот пример, когда организмы прошлых эпох неожиданно обнаруживаются в каком-либо уголке планеты, является не единственным. Еще одним примером для доказательства теории стационарного состояния является туатара. Эта ящерица не претерпела совершенно никаких изменений за миллионы лет своего существования. Еще одним видом, который не менялся на протяжении значительного промежутка времени существования является землеройка солендон. В качестве доказательства состоятельности совей теории сторонники этернизма приводят следующий пример. По мнению палеонтологов и биологов ископаемое археоптерикс является переходной формой от рептилий к птицам. Однако в 1977 году, в штате Колорадо США были обнаружены останки птиц, возраст которой, по подсчетам ученых, превышал возраст найденных останков археоптерикса. Соответственно, археоптерикс является отдельным видом, и не может быть переходной формой. Кроме того, часто появляется информация о существовании в глубоководных водоемах, труднодоступных районах ископаемых животных

Критика теории стационарного состояния жизни

Положения теории стационарного состояния вызывают сомнение у астрономов, палеонтологов, биологов. Вечность Вселенной опровергается подсчетами астрофизиков, которые установили, что ее возраст составляет примерно 17 миллиардов лет, а возраст Солнечной системы и нашей планеты составляет 4,6 миллиардов лет. Сомнению подвергается и неизменность Вселенной, ведь согласно данным астрофизиков Вселенная и Земля с момента Большого взрыва претерпели большие изменения. Палеонтологи считают, что существующий в данную геологическую эпоху вид должен быть представлен хотя бы в каких-то слоях грунта соответствующего периода. И невозможно перемещение особей туда, где останки не могли бы сохраниться, как считают сторонники этернизма. Палеонтологи считают, что в грунте сохраняются следы всех существ, даже если это микробы или мягкотелые существа. В породах геологических эпох до Кембрийского периода были обнаружены останки уникальных организмов, однако при этом не было найдено ни одного организма из всего многообразия современных. Возможность такой массовой миграции, по мнению биологов, исключена.

Источник

Стационарное состояние живого организма

Стационарное состояние живого организма

Состояние системы, при котором ее параметры не изменяются в течение длительного времени, но происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой.

Стационарное состояние в живых организмах достигается путем взаимной компенсации всех процессов, связанных с поступлением, удалением и превращением веществ и энергии.

Св-ва стац. состояния системы: стремление системы к мин. ежесекундному приросту энтропии; определеннная внутр. стабильность и упорядоченность.

Принцип Ле-Шателье: если система устойчива, то при отклонении в системе возникают силы, стремящиеся вернуть ее в исходное положение.

Стационарное состояние и термодинамическое равновесие

Стац. сосст — сост. системы при кот. ее параметры не изм. в течении длит. времени но происходит обмен веществом и энергией со средой.

ТД равновесие — сост. системы при кот. ее параметры не изм. и она не обменивается с окр. средой ни веществом ни энергией.

Различие между системами:

Термодинамическое равновесие	Стационарное состояние
Отсутствие обмена с окр. средой веществом и энергией	Непрерывный обмен с окр. средой веществом и энергией
Энтропия постоянна и соотв. max возможному в данных условиях значению	Энтропия постоянна, но не равна max возможному в данных условиях значению
Полное отсутствие в системе каких-либо градиентов	Наличие постоянных по величине градиентов
Не требуется затраты свободной энергии	Необходимы постоянные затраты энергии
Система нереакционноспособна и не совершает работу против внешних сил	В системе совершаются необратимые реакции, ее работоспособность постоянна и не равна нулю

Живой организм может изменить уровень стационарного состояния в результате воздействия окр. среды и при патологических процессах.

Одной из важнейших характеристик био. систем является устойчивость стационарных состояний, при отклонении системы от стационарного уровня в ней возникают силы, стремящиеся вернуть ее в первоначальное положение.

В момент смерти организм находится в сост. ТД равновесия

Уравнение Пригожина

в стац. состоянии при фиксированных внеш. параметрах скорость продукции энтропии в открытой системе, обусловленная протеканием необратимых процессов, постоянна во времени и минимальна по величине:

Т.о. стац. состояние характеризуется мин. рассеянием энергии. В соответствии с теоремой Пригожина для поддержания стац. состояния тратится некоторое кол-во энергии, причем самое минимальное. Организм стремится работать на самом выгодном энергетическом режиме. При этом энтропия возрастает с минимальной скоростью.

Основные понятия и особенности кинетики биологических процессов

базируются на общих теоретических положениях хим. кинетики, изучающей скорости хим. реакций. Фундаментальное понятие хим. кинетики — хим. реакция, представляющая собой совокупность актов перегруппировки межатомных связей.

Хим. реакции можно разделить на:

1) Гомогенныепротекают с одинаковой скоростью в любом элементарном объеме данной фазы;

2) гетерогенные— на границе раздела фаз, и скорость их определяется скоростью подачи реагирующих веществ на поверхности раздела фаз.

Катализаторыповышают скорость спонтанно протекающих реакций. Если вещество инициирует реакцию, оно называется инициатором, если ускоряет каталитическую реакцию, то его относят к активаторам. Соединения, понижающие скорость каталитической реакции или полностью подавляющие — ингибиторами.

Под кинетикой реакции понимают зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры и других параметров.

Реакции называются последовательными, если продукт одной из реакций является исходным веществом для другой. A B C.

Сопряженной называют реакцию, которая происходит при одновременном протекании другой реакции.

Цепная реакция — это самоподдерживающаяся химическая реакция, при которой первоначально появляющиеся продукты принимают участие в образовании новых промежуточных и конечных продуктов.

Параллельными называют совместно протекающие реакции, если, по крайней мере, одно исходное вещество этих реакций является общим.

Стационарные неравновесные состояния. Термодинамика биологических процессов

Принцип Ле Шателье

Напомним, что состояние системы называется равновесным, если в этом состоянии все параметры системы имеют определенные значения и остаются при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго. Система может быть выведена из равновесия воздействием извне.

Процессам, нарушающим равновесие системы, противостоит внутренняя релаксация. Например, в случае разреженных газов внутренняя релаксация обусловлена столкновением между молекулами. Поэтому после прекращения внешнего воздействия система возвращается в равновесное состояние. Время, необходимое для такого возвращения, называется временем релаксации.

Если возмущающие процессы менее интенсивны, чем релаксационные, то в малых объемах системы наблюдается локальное равновесие.

Например, если газ поместить между плоскостями, нагретыми до разных температур, то система в целом не будет равновесной, температура системы в разных точках будет различной. Однако процесс теплопроводности достаточно медленный и в системе будут области с локальным равновесием. Локальное равновесие может наблюдаться и в случае медленного изменения внешнего воздействия для времен, бóльших времени элементарного релаксационного процесса, формирующего равновесие.

В сложной системе, состоящей из большого числа подсистем, возникает большое число связей между ними.

В такой системе из-за внутренних взаимодействий возникает эффект системности: появление большого количества новых свойств, которых нет у ее частей. На пути любой достаточно сложной системы к равновесию, которое характеризуется максимумом энтропии, встречаются обстоятельства, не позволяющие это сделать.

Такими обстоятельствами могут выступать граничные условия (например, постоянная разность температур на границах). В этом случае система с течением времени переходит в квазистационарное состояние. Таким образом, в неравновесной термодинамике появилось новое понятие стационарное (т.е. не зависящее от времени) неравновесное состояние.

В стационарных неравновесных состояниях характеристики системы не зависят от времени, поэтому и энтропия от времени не зависит. Но энтропия все время возникает, поскольку потоки и силы в системе отличны от нуля.

Полная энтропия будет постоянной только при поступлении в систему извне отрицательной энтропии или негэнтропии, которая компенсирует производство энтропии внутри системы.

В стационарном неравновесном состоянии уменьшается производство энтропии. Теорема о минимуме производства энтропии в стационарном неравновесном состоянии, сформулированная Пригожиным, отражает внутреннюю устойчивость неравновесных систем, их своеобразную инерционность.

Устойчивость стационарных состояний с минимальным производством энтропии связана с принципом, сформулированным в 1884 г.

Ле Шателье и обобщенным в 1887 г. немецким физиком К. Брауном. Принцип Ле Шателье–Брауна в современной интерпретации означает, что система, выведенная внешним воздействием из состояния с минимальным производством энтропии, стимулирует развитие процессов, направленных на ослабление внешнего воздействия.

Принцип локального равновесия и теорема о минимуме производства энтропии в равновесных системах были положены в основу современной термодинамики необратимых процессов.

Стационарное состояние. Теорема Пригожина

Стационарным называют такое состояние открытой системы, при котором основные макроскопические параметры системы остаются постоянными. Необходимы различные стационарные состояния от равновесного состояния.

Отличительные признаки стационарного и равновесного состояния

Равновесное	Стационарное
G и работоспособность системы минимальные.	1. G и работоспособность системы постоянны, но не минимальны.
2.Энтропия в системе максимальна.	1. Энтропия в системе постоянна, за счет равенства продукции и потока энтропии.

3. Отсутствие градиентов в системе.3. Наличие постоянных градиентов в системе.

В состоянии равновесия в системе прекращаются все процессы, кроме теплового движения молекул, при этом выравниваются все градиенты.

В стационарном состоянии идут химические реакции, диффузия, перенос ионов и другие процессы, но они так стабилизированы, что состояние системы в целом не изменяется.

Термодинамическим условием стационарного состояния является равенство между продукцией энтропии, произведенной организмом, и потоком энтропии, то есть:

, тогда полное изменение энтропии равно 0

«В стационарном состоянии продукция энтропии имеет постоянное и минимальное из всех возможных значений, то есть»:

Теорема Пригожина показывает, что в стационарном состоянии диссипация Gпроисходит с меньшей скоростью, чем в любых других состояниях, стало быть, в стационарном состоянии G системы расходуется наиболее экономно и поэтому требуется минимальная компенсация ее затрат, то есть, КПД системы в стационарном состоянии максимален.

Необходимо отметить, что теорема Пригожина справедлива только для таких состояний, которые мало отличаются от стационарных.

В этом случае, скорости всех процессов выражаются линейными уравнениями (уравнения 1 порядка).

Теорема Пригожина дает термодинамические критерии эволюции линейным системам, которые формулируются следующим образом:

«Открытая линейная система, если она не находится в стационарном состоянии, будет изменяться до тех пор, пока скорость продукции энтропии в ней не приобретет минимальное значение из всех возможных, то есть, пока величина диссипативная функции не примет минимальное значение».

Таким образом, второе начало термодинамики для живых организмов можно представить в следующем виде:

I, II, III — второе начало термодинамики для живых организмов.

Термодинамика биологических процессов

Стационарное состояние живых ТД систем, его отличие от ТД равновесия; баланс энтропии и свободной энергии. Условия перехода живых систем на новый стационарный уровень.

Стац. сост. – сост., когда параметры системы (U, S) с теч. времени остаются неизменными, но происходит обмен в-вом и Е, т.е. сост. сист. при кот. не происх. изм. ТД параметров.

Изолированные сист.: ∆S=0 или >0.

Для равновесного сост.

S стремится к мах, U=0. Стац. сост. отличается тем, что S ≠ мах, а является постоянной величиной, S=const, U не равняется 0, U=const. Ежесекундный прирост энтропии стремится к min. Любая живая система может находиться только в стац.

сост. Если достигнуто состояние ТД равновесия — это уже не живая система. Качество стационарного состояния может быть различным.

В открытых системах:

S состоит из двух показателей.

Si – внутри самой сист., S — самой системы, Se – внешняя среда.

dS=dSi+dSe (d – это ∆ — это изменение)

Когда dSe > dSi и dSe 0.

Состоянию ТД равновесия — характерно мах значение S (S=max), U=0, т.е. Е, которая расходуется на совершение А.

Сходство: стац. и равновесное состояния не зависят от времени.

Отличия стац. сост. от равновесия (из конспекта):

1) своб. Е (∆G) в стац. сост. есть величина постоянная во времени и не равна 0.

В ТД равн. ∆G=const, но ∆G =0 => открытые сист., если вывести из стац. сост. могут совершать работу; при ТД равновесии не способны совершать работу.

В стац. сост. =const, но она не max. (∆G) ∆S ≠ max = const.

* постоянный обмен энергией с окружающей средой

* постоянно тратится свободная энергия на поддержание состояния

* т/д потенциалы постоянны, G и F не равны 0

* энтропия постоянна, но не максимальна

* отсутствует поток вещества и энергии в окружающую среду и обратно

* на поддержание этого состояния не затрачивается свободная энергия

* работа способности системы равна 0, т/д потенциалы равны 0

* в системе отсутствуют градиенты

Переход на новый стац.

2 пути: 1) «овершот» — по нему переходят живые организмы при изм внеш. усл. (приспособление). График.

Нижняя стрелочка – это старый стац. уровень.

Верхняя стрелочка – это новый стац. уровень.

2) «ложный старт» — усиление или уменьшение О2, выращивание лука с О2 и без. График. С О2 – аэробный распад углеродов. Без О2 – обмен в-в переходит на анаэробный путь.

А если потом снова дать О2 – то получится график 2 (то что обведено кружочком – там осущ-ся уничтожение продуктов анаэробного пути). Пример для чела: пока не расщепится молочная к-та осуществлять работу дальше нельзя.

17. Теорема Пригожина и направленность эволюции биосистем.

Энтропия и биологический прогресс.

Стац. сост. хар-ся min ежесекундным приростом энтропии (благодаря этому происходит эволюция).

Теорема: при постоянных внеш. усл. в системе, находящейся вблизи положения ТД равновесия в стац. сост., скорость возрастания энтропии, за счёт необходимости внутр. процессов, принимает постоянное минимальное значение отличное от нуля.

Или: В стационарных состояниях при фиксированных внешних параметрах локальная продукция энтропии в открытой т/д системе стремится к минимальному значению.

Энтропия – мера рассеивания свободной энергии, следовательно любая открытая т/д система в стационарном состоянии стремится к минимальному рассеиванию свободной энергии.

Если в силу причин система отклонилась от стационарного состояния, то вследствие стремления системы к минимальной энтропии, в ней возникают внутренние изменения, возвращающие ее в стационарное состояние.

Источник

Теория стационарного состояния

Вы будете перенаправлены на Автор24

Сущность теории стационарного состояния жизни

Еще одной из наиболее популярных теорий о возникновении жизни на Земле является теория стационарного состояния. Теория стационарного состояния имеет еще одно название – теория этернизма. Данная теория была предложена Тьерри Вильямом Прейером, известным немецким ученым.

Сторонником теории стационарного жизни был палеонтологи и зоолог Жорж Кювье и его последователи, а также сторонники неокатастрофизма.

Кювье, на основании исследования ископаемых организмов, сделал вывод, что происходило постепенное совершенствование строения организмов в процессе перехода от древних форм к новым.

Однако, являясь сторонником креационизма, такие качественные различия организмов Кювье объяснял с точки зрения предложенной им теории катастроф. Согласно этой теории, в истории Земли происходили глобальные катаклизмы, число которых насчитывает десятки, которые приводили к гибели всего живого. В результате деятельности Творца на смену этим вымершим организмам приходили новые, имеющие другие свойства, усовершенствованные по воле Великого Божественного Разума.

Основные положения теории стационарного состояния жизни

Согласно теории стационарного состояния, Земля не возникала никогда, а существовала вечно. Земля всегда была способной поддерживать жизнь, и если когда-либо и происходили изменения, то они были незначительны. Сторонники этой теории утверждают, что виды тоже никогда не возникали, а существовали всегда. У каждого вида есть лишь два пути – вымирание или изменение численности. То есть, не было никакой эволюции, новых форм, изменения условий и т.д. Свойством самой жизни является стабильность.

Последователи теории стационарного состояния уверены, что исчезновения видов, о котором говорят данные палеонтологии, не происходит. Также сторонники теории стационарного состояния отрицают происхождение одних видов от других.

Согласно данной теории, исчезновение останков ископаемых животных в отложениях определенного геологического периода объясняется тем, что просто уменьшилась численность особей рассматриваемого вида. А внезапное появление ископаемых останков говорит об увеличении численности этих особей.

Готовые работы на аналогичную тему

В доказательство своей теории сторонники этернизма приводят латимерию, кистеперую рыбу. Считалось, что латимерия вымерла в конце мелового периода, но была неожиданно поймана в районе Мадагаскара.

Этот пример, когда организмы прошлых эпох неожиданно обнаруживаются в каком-либо уголке планеты, является не единственным.

Еще одним примером для доказательства теории стационарного состояния является туатара. Эта ящерица не претерпела совершенно никаких изменений за миллионы лет своего существования. Еще одним видом, который не менялся на протяжении значительного промежутка времени существования является землеройка солендон.

В качестве доказательства состоятельности совей теории сторонники этернизма приводят следующий пример. По мнению палеонтологов и биологов ископаемое археоптерикс является переходной формой от рептилий к птицам. Однако в 1977 году, в штате Колорадо США были обнаружены останки птиц, возраст которой, по подсчетам ученых, превышал возраст найденных останков археоптерикса. Соответственно, археоптерикс является отдельным видом, и не может быть переходной формой.

Кроме того, часто появляется информация о существовании в глубоководных водоемах, труднодоступных районах ископаемых животных. Есть мнение, что в высокогорьях, тайге и необжитых участках планеты существуют реликтовые гоминиды.

Критика теории стационарного состояния жизни

Положения теории стационарного состояния вызывают сомнение у астрономов, палеонтологов, биологов. Вечность Вселенной опровергается подсчетами астрофизиков, которые установили, что ее возраст составляет примерно 17 миллиардов лет, а возраст Солнечной системы и нашей планеты составляет 4,6 миллиардов лет.

Сомнению подвергается и неизменность Вселенной, ведь согласно данным астрофизиков Вселенная и Земля с момента Большого взрыва претерпели большие изменения.

Палеонтологи считают, что существующий в данную геологическую эпоху вид должен быть представлен хотя бы в каких-то слоях грунта соответствующего периода. И невозможно перемещение особей туда, где останки не могли бы сохраниться, как считают сторонники этернизма. Палеонтологи считают, что в грунте сохраняются следы всех существ, даже если это микробы или мягкотелые существа. В породах геологических эпох до Кембрийского периода были обнаружены останки уникальных организмов, однако при этом не было найдено ни одного организма из всего многообразия современных. Возможность такой массовой миграции, по мнению биологов, исключена.

Ярким сторонником теории стационарного состояния жизни является выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский, который считал, что жизнь является вечной основой космоса. Космос, по мнению ученого, является энергией и материей. Согласно мнению Вернадского, жизнь тесно связана с космосом, и является, как и космос, вечной. Соответственно, если не было начала Космоса, не было и начала жизни. Таким образом, во взглядах Вернадского сочетаются теории этернизма и панспермии.

Кроме этого, идея неизменности органических видов Земли сближает теорию стационарного состояния жизни с теорией креационизма, представители которой тоже утверждают неизменность жизни с момента ее сотворения.

Большим минусом теории стационарного состояния является то, что она никак не объясняет сам процесс возникновения жизни. она просто утверждает ее неизменное вечное существование. Соответственно, данная теория не может считаться убедительной в поиске ответа на этот вопрос.

Теория стационарного состояния является идеалистическим учением о происхождении жизни, и ввиду этого полностью отвергается современным естествознанием, которое признает его несостоятельным.

Источник