ИНФОРМАЦИЯ, ТЕРМОДИНАМИКА И КОНСТРУКЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Л.А.Блюменфельд (МГУ им. М.В.Ломоносова)Опубликовано в Соросовском образовательном журнале, N 7, 1996 г. Содержание
СКОЛЬКО СТОИТ БИОЛОГИЧЕСКАЯ УПОРЯДОЧЕННОСТЬ?
Почти во всякой книге, посвященной теоретической биологии и биофизике, можно встретить слова об удивительной упорядоченности биологических структур на всех уровнях от макромолекул до человека. Рассуждения об антиэнтропийных тенденциях живого, об антиэнтропийном характере биологической эволюции стали общим местом не только у биологов и философов, но и у физиков. Эти утверждения основаны на чувстве удивления, которое испытывают ученые, наблюдающие биологические структуры и процессы. Для утверждения, что упорядоченность одной системы выше, чем другой, нужно эти упорядоченности измерить. Измеримая, выражаемая числом упорядоченность может относиться лишь к макросостоянию системы. В распоряжении физики имеется пока лишь одна величина, характеризующая степень упорядоченности - энтропия. Оценим поэтому изменения энтропии, связанные с возникновением биологической организации.Упорядоченность построения многоклеточного организма из клеток
Тело человека содержит примерно 1013 клеток. Допустим, что среди них нет ни одной пары одинаковых и что ни одну пару нельзя поменять местами без нарушения функционирования организма. Это значит, что относительное расположение клеток в теле человека однозначно. Количество информации, необходимой для построения такой единственной структуры из 1013! возможных,![]() | (6) |
Отсюда следует, что понижение энтропии при построении организма человека из клеток составит
![]() | (7) |
При испарении одного грамма воды энтропия повышается примерно на 1 эе. Таким образом, понижение энтропии при переходе от хаотически расположенных клеток к организму человека численно равно повышению энтропии при испарении 10-9 грамм воды. Принятые постулаты об отсутствии одинаковых клеток и о невозможности их перестановок лишь увеличили рассчитанное по формуле (6) количество требуемой информации, так что
![$\Delta S$](http://images.astronet.ru/pubd/2002/04/20/0001176261/tex/formula2.gif)
Упорядоченность построения клетки из биополимеров
Количество молекул биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полиуглеводов и др.) в одной клетке составляет в среднем 108. Допустим снова, что все молекулы различны, а их относительное расположение уникально. Количество информации, необходимой для построения одной клетки из готовых биополимеров,![]() | (8) |
а для всех клеток в организме человека 2,6*1022 бит, что соответствует понижению энтропии примерно на 6*10-2 эе.
Упорядоченность построения белков и ДНК из мономеров
Организм взрослого человека содержит около 7 кг белков и 150 г ДНК, что соответствует![$\approx 3 \cdot 10^{25}$](http://images.astronet.ru/pubd/2002/04/20/0001176261/tex/formula4.gif)
![$\approx 3 \cdot 10^{23}$](http://images.astronet.ru/pubd/2002/04/20/0001176261/tex/formula5.gif)
![$\approx 10^{26}$](http://images.astronet.ru/pubd/2002/04/20/0001176261/tex/formula6.gif)
![$\approx 6 \cdot 10^{23}$](http://images.astronet.ru/pubd/2002/04/20/0001176261/tex/formula7.gif)
Публикации с ключевыми словами:
информация - энтропия - термодинамика
Публикации со словами: информация - энтропия - термодинамика | |
См. также:
|
Астрометрия
-
Астрономические инструменты
-
Астрономическое образование
-
Астрофизика
-
История астрономии
-
Космонавтика, исследование космоса
-
Любительская астрономия
-
Планеты и Солнечная система
-
Солнце