毕业设计（论文）-浅谈耗散结构-生物体的有序之源

浅谈耗散结构——生物体的有序之源PAGEPAGE1昆明学院2011届毕业设计（论文） 设计（论文）题目浅谈耗散结构——生物体的有序之源子课题题目姓名学号所属系物理科学与技术系专业年级指导教师浅谈耗散结构——生物体的有序之源摘要经典耗散结构对其有序的分析，虽然用热力学第二定律和熵增加原理无法解释，但这掩盖不了耗散结构本身的价值。耗散结构的有序是耗散结构在形成过程中各因子之间形成的相互联系，它是一个宏观整体的概念，反映了系统内部的联系程度。本文根据耗散结构理论，通过几种自组织现象实例，揭示了耗散结构理论的本质及其形成的条件，最后阐述了耗散结构是生物体的有序之源。生命过程在一定意义上是复杂的物理过程和化学过程，本文结合生命的现象的分析，提出了一种全新的生命目的观：生命的本能目的是为了使自身的耗散结构更有序，输入负熵只是实现生命本能目的的手段。同时，详细分析了生物体作为耗散结构的有序性的内涵。关键词：耗散结构；自组织；有序性；负熵流；生命的本能目的

BriefDiscoursingontheDissipativeStructure--theOriginationofOrderlinessaboutOrganismAbstractTheanalysisoforderlinessaboutclassicaldissipativestructure,isnotinterpretedbythesecondlawofthermodynamicsandtheprincipleofentropyincrement,butalsounabletoconcealtheimmanentvalueofdissipativestructure.Theorderlinessofdissipativestructureisdependentonthemutualcontactsbetweenvariousfactors,itisamacroscopicalanduniversalconcept,whichreflectsthedegreeofinternalrelationsaboutthesystem.Thispaperisbasedonthetheoryofdissipativestructure,revealstheessenceofthetheoryofdissipativestructureanditsformativequalification,finallyweexpoundsthatthedissipativestructureistheoriginationoforderlinessaboutorganism.Inacertainsense,theprocessoflifeiscomplicatedphysicalandchemicprocess.Thispaperproposesanewviewaboutthepurposeoflifethroughtheanalysisofvitalphenomena:theinstinctivepurposeoflifeistoenhancetheorderlinessaboutthedissipativestructureofoneself,theimportofnegentropyisjustameanstoachievetheinstinctivepurposeoflife.Inaddition,thispapermakesadetailedanalysisofthenatureoftheorderlinessforlifeasadissipativestructure.Keywords:dissipativestructure;self-organization;orderliness;negentropy;instinctivepurposeoflife

目录一、耗散结构论的产生……………1二、耗散结构理论…………………1三、耗散结构的特征………………1四、自组织理论……………………21、上帝之手编制美丽的图案——贝纳德水花……………22、云街………………………33、周期化学反应现象………3五、生物圈是耗散中的多体系统…………………5六、耗散结构与热力学定律的辩证关系…………6七、生物体的耗散结构……………71、负熵的输入是耗散结构存在和发展的必要条件………72、生物体：一类高级的耗散结构…………8八、生物膜中的耗散结构与生命过程中的负熵…………………91、生物膜中的耗散结构……………………92、生命过程中的负熵………10九、应用与发展……………………12参考文献……………14谢辞…………………15一、耗散结构论的产生19世纪存在着两种对立的发展观。一种是以热力学第二定律为依据推演出的退化观念体系，它认为，由于能量的耗散，世界万物趋于衰弱，宇宙趋于“热寂”，结构趋于消亡，无序度趋于极大值，整个世界随着时间的进程而走向死亡；另一种是以达尔文的进化论为基础的进化观念体系，它指出，社会进化的结果是种类不断分化、演变而增多，结构不断复杂而有序，功能不断进化而强化，整个自然界和人类社会都是向着更为高级、更为有序的组织结构发展。显然，物理学与生物学、社会学中的这两种观点至少表面上在发展观上是根本对立的。难道生命系统与非生命系统之间真的有着完全不同的运动规律吗？为此，物理学家普利高津(I.Prigogine)创立了“耗散结构理论”，又称非平衡系统自组织现象[1]，他认为，无论是生命物质还是非生命物质，应该遵循同样的自然规律，生命的过程必然遵循某种复杂的物理定律。二、耗散结构理论耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统（不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统）通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”。三、耗散结构的特征1、存在于开放系统中，靠与外界的能量和物质交换产生负熵流，使系统熵减少形成有序结构。耗散即强调这种交换。对于孤立系统，由热力学第二定律可知，其熵不减少，不可能从无序产生有序结构。2、保持远离平衡态。贝纳德对流中液层上下达到一定温度差的条件就是确保远离平衡态。3、系统内部存在着非线性相互作用。在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大，达到有序。如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就是自组织。自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。一个系统自组织功能愈强，其保持和产生新功能的能力也就愈强。例如，人类社会比动物界自组织能力强，人类社会比动物界的功能就高级多了。四、自组织理论20世纪60年代末期开始建立并发展起来的一种系统理论，主要是贝塔朗菲（L.VonBertalanfy）的一段系统论的新发展。它的研究对象主要是复杂自组织系统（生命系统、社会系统）的形成和发展机制问题，即在一定条件下，系统是如何自动地由无序走向有序，由低级有序走向高级有序的。在自然界中有两种有序结构，一种象晶体那样的固定有序结构。这种结构是一种“死”的有序，它不需要任何能量就能够维持其结构有序；而另一种，比如生物的组织，它仍然是一种有序结构。而这种有序完全是由于机体内部的细胞自发组织、调节所形成的有序，要维持这种有序结构就必须供给能量。我们把这种依靠机体内部自发组织起来，自发调节，并通过外界供给能量来维持的有序结构叫做“自组织”结构。在自然界中这种现象是大量存在的，理论研究较多的典型实例如：贝纳德（Benard）流体的对流花纹，贝洛索夫（Belousov）和扎鲍廷斯基（Zhabotinsky）首先发现的化学振荡花纹与化学波，激光器中的自激振荡等。自组织理论除耗散结构理论外，还包括协同学、超循环理论等，它们力图沟通物理学与生物学甚至社会科学，对时间本质问题等的研究有突破性进展，在相当程度上说明了生物及社会领域的有序现象。1、上帝之手编制美丽的图案——贝纳德水花大家知道，热运动是一种杂乱无章的运动。因此，当给水加热的时候，它的水花也应当是杂乱无章的。那么，当你看见那些水花突然自发的出现了规则的图案，并且成有序运动，你是否会惊奇，并认为那是上帝的杰作，是否看到了生命中最原始的基因呢？这个实验是，将一个平坦的锅里盛上一薄层水，当在锅的下面慢慢均匀加热。开始时，锅内会出现一些不规则运动的小气泡，随着热量的增加气泡增多，当达到一临界值的时候，原来不规则运动的气泡突然变成了有规则的、呈六角型翻转的花纹，而这些花纹又组成一个美丽的图案，这就是著名的贝纳德水花，见图1所示。图1Benard花纹2、云街在一般情况下，云团的运动是杂乱无章的，是无序的运动。但在一定条件下，平常无规则的云团突然会象步兵排队一样，形成整齐的“队列”，形成有序结构，如图2所示。图2云街3、周期化学反应现象最引起科学家们兴趣的是苏联化学家贝洛索夫和生物化学家扎鲍廷斯基进行的实验。1958年，贝洛索夫在金属铈离子作催化剂的情况下柠檬酸的溴酸氧化反应。他发现在某些条件下某些组份（例如溴离子、铈离子）的浓度会随时间作周期变化，造成反应介质的颜色在黄色和无色之间作周期性的变换。其后扎鲍廷斯基等人继续并改进了贝洛索夫的实验，发现另外一些有机酸（例如丙二酸）的溴酸氧化反应也能呈现出这种组份浓度和反应介质的颜色随周期变化的现象。利用适当的催化剂，介质的颜色变化可更加明显，例如在红色和兰色之间作周期性变换。反应介质一会儿红色，一会儿兰色，再一会儿红，一会儿兰色，象钟摆一样发生规则的时间振荡。因此这类现象一般称之为化学振荡或化学钟。后来扎鲍廷斯基等人又发现在某些条件下体系中组份的浓度并不总是均匀分布的，而是可以形成规则的空间分布，出现许多漂亮的花纹，如图3所示。图3Zhabotinsky花纹（六种花纹对应六个不同的时刻）五、生物圈是耗散中的多体系统生物圈即地球上存在生命的部分，由大气圈下层（对流层），水圈和岩石圈的上层（风化壳)组成[2]。生物圈作为一个开放系统，吸收太阳能作为引入系统的负熵流而存在和发展。在整个生物圈中又可根据不同的定义划分出多种不同属性的子系统。从人与自然的关系我们将生物圈划分为两大系统即：人类社会生态系统和自然生态系统。图4生物圈中人类社会生态系统与自然生态系统假设des<0，这应该是人与自然界之间最理想的相互作用关系。二者发展的态势都将是良性的，可持续的。但事实上我们发现二者之间相互流动的des是不等值的(也许在des>0的情况下，将来某一时间会变得等值)，所以他们之间的相互作用被人为地变得更为复杂：图5生物圈中des的流动关系由于des1与des2的不等值，势必会造成生态的失衡。自然生态系统在输入的des1>0的情况下，会加速系统的熵增，而更快速地趋于“死亡”。当死亡的系统再不能向人类社会生态系统提供负熵，甚至提供大于零的des时，人类社会生态系统最终也只能趋于“死亡”。我们来看一看现实中的des1和des2：1、des1为负：人类对大自然的影响并非一直都是负面的。约瑟夫·康耐尔（JosephConnell）在他的研究中指出：适当的人类活动的干扰对自然生态系统中生物多样性的形成有积极作用[3]。我们都知道，物种的丰富对于生态系统抵抗气候变化和病菌侵扰是很重要的。但遗憾的是这种适度的干扰，在三个世纪之前就已经结束了。2、des1为正：工业革命之前的des>0的情况我们略过不谈，工业革命之后des1就似乎变得恒大于零，至少在工业革命至今的几百年中des1总是大于零，并在很长一段时间里保持着增长。大于零的des都为自然生态系统注入了些什么？化石燃料的使用产生了温室效应、酸雨；过垦过牧导致土地的荒漠化、沙漠化；生物资源的过渡使用引起物种快速消失；人口剧增、城市建立还在不断的开垦和占用土地而降低自然界的净化能力和生产能力。人类向自然生态系统索取小于零的des总是积极主动的，而且还同样积极地向它输入正熵流。3、des2为正：气候的异常变化、泥石流、地震、台风、沙尘暴等自然灾害的发生对人类社会造成了一定程度的伤害，甚至阻碍一些地区的社会发展。可是我们也应该清醒的意识到以上的一些所谓自然灾害里边，除了一些谁也不能影响的地质活动以外，或多或少的也夹杂着人类活动的影子。4、des2为负：自然生态系统对人类社会生态系统所注入的负熵流是显而易见的。自然生态系统就象是人类的能量物资储备库，支撑着人类一切的生产消费。没有了可利用的自然物资的供给，很难想象人类社会的存活期是应当以天计还是以小时计。从以上的分析中不难看出，des1与des2是完全不对等的，性质也是不同的，des1>0而des2<0。问题在于自然生态系统还能承担多久正熵流的输入，而des2<0还能持续多久？六、耗散结构与热力学定律的辩证关系从经典热力学第二定律来看，自发过程总是使体系朝着混乱度增大的方向进行，而相反方向从无序向有序的转化是不可能的。事实上，上述结论是在孤立体系的条件下总结出来的，而耗散结构是在开放体系中即在远离平衡态的条件下提出的。一个开放体系，除了考虑体系内部的熵之外，还必须考虑体系与外界的熵交换。作为开放系统的生命体系内部过程，根据不可逆过程热力学，普利高津的熵变公式可写作：ds=des+dis其中des表示dt时间内生命体系通过代谢活动（与外界交换能量、物质和信息）由外界引入的熵，其值可正、可负亦可为0；dis表示dt时间内生命体系内部产生的熵，是由生命体内部各种不可逆过程引起的，其数值恒为正。生命活动情况可用ds=des+dis式进行讨论，包括以下3种[4]：1、若ds>0，即dis>-des，这时生命体系所引入的负熵流不足以抵消内部的熵产生，熵变为正，此时生命体系将走向消亡。2、若ds=0，即dis=-des，此时系统由外界吸取的负熵流抵消了内部熵产生，表明生命体系处于正常状态。3、若ds<0，即dis<-des，则系统由外界吸取的负熵流足够大，从而使生命体系变得更加有序而充满活力。当然开放系统并不是保证实现这种结构的充分条件，只有在系统远离平衡和存在着非线性机制的条件下，耗散结构才能实现。七、生物体的耗散结构自从人类学会思考，就没有停止过思索生命在世界上存在的目的。1944年，著名的物理学家薛定谔在《生命是什么？》一书中首次阐明了一种目前被广泛接受的观点：生命的目的是获取负熵，写道：“一个生命有机体，在不断地增加他的熵——你也可以说增加正熵——并趋于熵最大值的危险状态，这就是死亡。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境里不断地吸取负熵”[5]。1969年，比利时科学普里高津系统地把热力学理论应用到生物体中，发表了《结构、耗散和生命》的论文，其中首次提出了“耗散结构理论”[1]这一理论，从科学意义上架起了社会科学与自然科学的桥梁，为人类更深刻地理解自然界的各种复杂系统，特别是生命系统提供了可能。1、负熵的输入是耗散结构存在和发展的必要条件耗散结构理论指出，对于开放系统，当其与环境的物质和能量交换达到一定阈值时，系统可以从无序的平衡态转变为有序的非平衡态。这种远离平衡态的有序结构称为“耗散结构”[6]。具有耗散结构的系统可以是物理的、生物的、乃至社会的。耗散结构的有序程度用“熵”来描述：系统越有序，熵越小，热力学中习惯上称为“负熵”越大。系统的有序性可以理解为组成系统的各部分在空间、时间和功能上的关联程度，关联越紧密，负熵越大。热力学第二定律指出，对于一个与环境无能量或物质交换的孤立系统，内部的自发过程将使系统向完全无序的，即熵最大的平衡态演变[7]。这意味着，要维持一个系统的耗散结构，系统必须不断地与环境交换物质或能量。这种物质或能量的交换，本质是系统从环境中吸入负熵[8]。不难理解，要使耗散结构从一种有序态向一种更有序的状态演变，必须从环境中吸人更多的负熵。具有耗散结构的系统的例子很多。整洁的公园是一个耗散结构系统：洁净的小径、层次分明的花草显示了系统的有序性。而维持这种有序状态，需要园林工人持久的辛勤劳动：清洁、除草、更新花木等，这些都可以看作是负熵的输入。高校的教学管理系统是一种耗散结构系统：领导班子、管理系统的软硬件设施、管理制度等的不断更新都可以看作是负熵的输入，停止这种更新，管理系统会逐渐失去效用，最终瓦解，即走向无序的平衡态。2、生物体：一类高级的耗散结构生物体具有耗散结构的主要特征。首先，生物体是一种高度有序的系统。生物体的有序性体现在其结构单元在空间分布的有序性和在功能上配合的完美性。例如，植物的根、茎和叶在空间上具有特定的分布，并且各自具有特定的功能，这些功能的有机的配合促使植物的生长和发育。动物的大脑、心脏、肝、脾和胃等器官在空间上的有序分布和功能上的相互配合产生了动物的特有属性；其次，生物体这种远离平衡的有序态是不断通过与环境交换物质或能量来维持。植物通过吸收土壤的养份和二氧化碳生存；动物通过食物的输入来维持生存。生物体一旦停止与环境这种交换，其内部进行的自发过程将导致生物体的死亡，并最终演变为一团完全无序的物质，即生物体的平衡态，也是熵最大值的状态；再次，生物体从环境中获取的物质或能量的过程实际上是一种负熵的输入过程。生物体所需要的东西本身就是一种有序的系统，即负熵：阳光、养份、水和空气等的有机结合成为植物需要的负熵；动物赖以生存的其他生物本身就是一种负熵。马吃草、鸟吃昆虫，草和昆虫都是有序系统，是一种负熵。与自然界的其他耗散结构相比，生物体是一种高级形式的耗散结构，表现在以下三个方面：第一，生物体的有序性所包含的复杂程度是其他非生物的耗散结构无法比拟的。生物体的新陈代谢是如此巧妙和复杂，人类至今还不能完全理解。第二，非生物系统的耗散结构只能被动地从环境中获取负熵，但生物体却能主动地从环境中获取负熵，甚至能制造负熵。例如动物能主动觅食；猪笼草能主动抓虫子作为食物；人能种植稻谷作为自己的食物。而且上，生物体能通过进化来增强这种获取负熵的能力。第三，也是生物体最神奇的地方：具有复制自身耗散结构特征的能力。生物体通过繁殖，把自身耗散结构的特征传递给下一代，保证了耗散结构的特征在时间上的得到延续。这种能力是非生物体的耗散结构所不具备的。事实上，人类已经不知不觉中把生物体从环境中获取负熵的能力作为其高级程度的一个评价指标。地球上所有生物体中，人是最高级的耗散结构，因为人从环境中获取负熵的能力最强。八、生物膜中的耗散结构与生命过程中的负熵1、生物膜中的耗散结构在远离平衡的条件下，非平衡态可以变得不稳定，发展过程可以经受突变，并导致宏观结构的形成和宏观有序的增加。平衡是相对的，非平衡才是绝对的。例如生物体系只有在非平衡的条件下，通过与外界环境间的物质和能量的交换，才得以维持其生命。为维持体系的相对稳定，生物细胞就是不断地通过生物膜输入和输出能量、交换物质、传输信息，促使其发育分裂。生物膜形成的封闭囊泡结构，对于生命基本单元细胞的形成起着至关重要的作用。在生命的早期形成过程中，只有重要的生命物质如核酸、蛋白质等偶然被自发闭合的脂类囊泡俘获，才能形成细胞的雏型。也正是由于生物膜把细胞内部与外部环境分隔开，有选择地让分子进出细胞，才使细胞与周围环境处于化学非平衡状态，为细胞本身的生存和复制提供了动力，为生命的形成和进化创造了条件。大量证据表明，当外界环境变化时，细胞可通过调节其生物膜上的脂类构成稳定膜结构，使其处于液晶态，维持正常功能。这里值得指出的是，稳定态不等于平衡态。膜系统液晶[9,10]，（又称“取向有序液体”或“位置无序晶体”）态是一种开放系统的有序稳定态[11]，达到有序状态是促使液晶态膜系统演化的条件，要达到这种稳定态，必须打破平衡和无序。通过膜系统内部分子与分子之间的相互作用，互相竞争和相互协同，膜系统达到新的有序状态，形成耗散结构。2、生命过程中的负熵从宏观来看生命过程是一个熵增的过程，始态是生命的产生，终态是生命的结束，这个过程是一个自发的、单向的不可逆过程。一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。生命过程中的自组织现象：（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。大脑是150亿个神经细胞有规律排列组成的极精密极有序的系统，是一切计算机所替代不了的。如看一张相片，分辨男？女？大约年龄？对带有输入“器官眼睛”的大脑是很简单的事情，对计算机来说就非常复杂了。假定蛋白质是随机形成的，而且每一种排列有相等的概率，那么即使每秒进行100次排列，也要经过10109亿年才能出现一次特殊的排列。这种有组织的排列决不是随机形成的。（2）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，当熵值达极大值时即死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。但是，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，这是一个熵减小的方向，与孤立系统向熵增大的方向的演化恰好相反。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。（3）熵与肿瘤熵增加原理也可以解释肿瘤在人体内的发生、扩散。细胞基因癌变，造成人体正常基因组的异常活化，细胞无节制地扩增，使有序向无序转化，加速生命的耗散，熵值异常增大，在短期内熵值就增到极大值，人的生命便终止了。现代医学研究表明，癌基因以原癌基因的形式存在于正常生物基因组内，没被激活时，不会形成肿瘤。原癌基因是一个活化能位点，在外界环境的诱导下，细胞可能发生癌变，即肿瘤的形成是非自发的。非自发的过程是一个熵减的过程，也就是说肿瘤细胞的熵小于正常细胞的熵[12]。然而肿瘤细胞是在体内发生物质、能量交换的，人体这个体系就相当于肿瘤细胞的外部环境，正是由于肿瘤细胞的熵减小，导致了人体这个总体系熵增大。越恶性的肿瘤，熵值越小，与体系分化越明显，使人体的熵增也相对越大，对生命的威胁越大[13]。（4）熵与抗癌药物的研究熵增原理对人们研究抗癌药物也有启发。例如利用体细胞杂交法可获得分泌抗体的杂交细胞系，当导入的抗体素抑制癌细胞的恶变、削弱它的增殖时，细胞本身的混乱程度将会减小，趋向于稳定的低熵状态，这就相当于给体系内部输送了负熵，使体系趋于有序状态。又如DNA是许多抗肿瘤药物的靶分子，这些药物通过嵌入沟槽等方式与癌细胞的DNA结合，抑制肿瘤细胞的分裂增生，最终使肿瘤细胞增生停滞，或使其向正常细胞分化，或诱导肿瘤细胞发生程序性死亡，从而产生抗癌作用。阿霉素（ADM）这个抗肿瘤抗生素就是以典型的嵌入方式与DNA相互结合的，破坏DNA的模块功能，阻止转录过程，在抑制DNA、RNA蛋白质合成的同时，也改变癌基因的结构或影响癌基因的表达。由于ADM与DNA的复合物比独立的DNA和ADM分子更有序，因此导致一定程度的熵减，有序度增加[14]。（5）对正常生命过程中的熵变分析[15]0岁左右～10岁左右，这是生命成长发育的过程，负熵大于熵增，这时可以看出婴儿出生时的熵变为负熵且较大，促进婴儿快速生长（生物组织的增加，有序的扩大）。在生命成长中熵增也在增加，并且比负熵增加的快，造成生命成长是从出生到长成过程中是逐渐变缓的，这与生命成长过程是相符合的。这个时期由于生命组织的快速正常发育，组织细胞大量增长，代表熵减的有序组织快速增加。由于生命组织的快速增加，伴随生命活动的呼吸、新陈代谢等生理活动引发的熵增也必然增加。但总体来说，生物熵在快速下降中，熵变为负且有一定数值，生命在快速成长中。10岁左右～20岁左右，这是生命基本长成的过程，负熵大于熵增，负熵与熵增从有一定差值，到20岁左右接近相等，熵变为负，且逐渐接近零。到20岁左右，生命基本长成，这时负熵约等于熵增，熵变约等于零，生物熵进入低熵状态，生命开始进入巩固时期。这个时期由于生命组织的较快的正常发育，组织细胞继续大量增长，代表熵减的有序组织较快的增加。由于生命组织的增加，伴随生命活动而引发的熵增也继续增加。生物熵已经降下来了，熵变为负，从一定数值下降到约等于零，生命在继续成长中。20岁左右～35岁左右，这是生命的巩固时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，生命处在一个熵比较低的平衡状态中。这个时期负熵和熵增都处于比较大的平衡状态，生命的各项指标也都在最佳状态，生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大。35岁左右～50岁左右，这是生命的衰老的预备时期。负熵从与熵增相等到约等于和小于熵增，熵变为微正，从等于零到约等于零，生命仍处在一个熵比较低的平衡状态中。生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大，生命体征同前一阶段比较略有下降。50岁左右以后，生命开始进入衰老时期。负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经开始缓慢增加了。这个时期由于人体各项功能的下降，组织再造能力下降，人体组织中自由基等垃圾成分增加，组织的有序度开始下降，负熵流下降，熵增流也下降，但熵变是增加的。随着时间的推移生物熵渐渐增大起来，有序度也渐渐下来了。可见，在远离平衡态的生命系统中，“熵”不再只是能量的耗散和浪费，而是具有伟大的创生和建设性作用的。对于生命系统来说，它已经演化了几十亿年了，即使对生物系统也演化了几亿年，已经进入了相对稳定的阶段，我们已经无法看到从平衡态到有序的突变过程。但对人类社会系统来说才演化了几千年，尤其重要的是，我们目前正处在一个历史巨变的时期。九、应用与发展随着耗散结构理论的应用和发展，产生了复杂性科学、生物物理学、生态物理学等[16,17]边缘科学。复杂性科学是国外在80年代提出的范畴，主要研究复杂性和复杂系统。它目前虽然还处于萌芽状态，但已被有些科学家誉为“21世纪的科学”。生物物理学的创立则是人类用物理学知识去揭示生命之谜的一个极其重要的里程碑，它为生命科学、生物工程展现出一个无限美好的前景。耗散结构理论对生态系统的研究提出了新的方向，利用数学和物理学的概念和方法研究生态系统的问题，产生了生态物理学。耗散结构理论对于新材料的研究有指导意义。随着材料科学与技术的发展，人们已能制备出多种多样具有独特性能且远离平衡态的材料、智能材料。耗散结构理论在研究生物糖酵解振荡过程中，发现这种振荡过程可以提高能量的利用率，预示着一种新的振荡式的化工生产流程的诞生。近几年来，我国一些科学工作者对耗散结构理论的研究和应用已初见成效，如根据该理论建立治疗动脉粥样硬化的方案，解释蜜蜂、白蚁的活动特征等等。耗散结构理论的崛起，使人们看到多学科互相渗透的边缘科学与横跨各学科的交叉科学正如雨后春笋般涌现，并取得越来越显著的地位。从人和自然的关系看，从经济、文化、军事、到城市规划、市场管理、人口控制、生产服务等等，耗散结构理论都有十分诱人的应用前景。随着对耗散结构理论的研究和应用的不断深入，耗散结构理论也将为科学发展和社会进步发挥更大的作用。毫无疑问，耗散结构理论已经把我们带到了一个无限广阔的思维空间，揭开了关于我们自己的身体，社会和宇宙演化的序幕。普里高津认为这一整套理论，是理解进化运动的关键所在。我们应自觉、合理利用自然赋予我们的能量，维持正常的熵的流动，努力建立稳定的、可持续发展的生态平衡，实现人与自然的和谐、共融。

参考文献[1]尼科利斯，普利高津，徐锡申译，非平衡系统的自组织，北京：科学出版社，1986。[2]李博，生态学，北京：高等教育出版社，2000。[3]ManuelC，MollesEcology：ConceptsandApplications，北京：科学出版社，2000。[4]单小云，耗散结构理论与体育科学，广西师范大学学报（自然科学版），2002，20（1）：94。[5]