ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Также исследован процесс возрастания энтропии в твердом теле, в котором имеется градиент температур [3]. По определению изменение удельной энтропии равно
Используя для рассмотрения указанного процесса закон сохранения энергии в дифференциальной форме, имеющий вид уравнения неразрывности, было получено следующее выражение для производства энтропии [3]
где W¯ вектор плотности потока энергии. Выражение
- источник искомого приращения энтропии в единице объема в единицу времени.
В настоящей работе рассмотрено производство энтропии в адиабатически замкнутой системе, в которой наряду с градиентом температуры существуют внутренние источники тепла с производительностью q (Вт/м3).
Изменение удельной энтропии по-прежнему хаpaктеризуется выражением (2), а закон сохранения энергии в дифференциальной форме имеет вид уравнения теплопроводности [4]
которое можно преобразовать к виду
где λ = a·c·p - коэффициент теплопроводности.
Учитывая что сравнивая (3) и (6), получаем
Воспользуемся тождеством
или
Сравнивая (9) и (7), получаем
Проинтегрируем (10) по всему объему замкнутой системы
Согласно условиям решаемой задачи и по теореме Гаусса-Остроградского получим
Итак, имеем
Сравнивая выражения (3) и (4), отмечаем, что первый интеграл в правой части выражения (13) определяет приращение энтропии, связанное с наличием градиента температур, а второй интеграл в правой части выражения (13) определяет производство энтропии, связанное с производством тепла внутренними источниками.
В дифференциальной форме производство энтропии имеет следующий вид
В линейной области выражение для производства энтропии определяется выражением [3]
где термодинамические потоки,
- термодинамические силы.
С учетом (1), (15) выражение (14) может быть записано в виде:
где T1 - температура внеутреннего источника тепла,
Т2 - температура среды,
T1-T2 =δT1
C - удельная теплоемкость.
Как следует из (16), при временное измене-ние производства энтропии запишется в виде:
Очевидное соотношение, определяющее выделение тепла внутренними источниками запишется в виде
после преобразования получаем
Отток тепла от внутреннего источника можно записат также в виде:
где Q[c точкой] 0 - удельная теплопродукция при
Исходя из представлений равновесной термодинамики о сохранении баланса тепла, которое выполняется при , можно записать
что в свою очередь приводит к получению условия устойчивости термодинамической системы
При этом, как показано в (5), выражение (22) преобразуется к виду:
где коэффициент теплоотдачи, m - масса ограниченная поверхностью системы, n - поверхность системы.
Как указано в работе [7] производство энтропии в живом организме в состоянии покоя близком к слабонеравновесному хаpaктеризуется выражением
где T1 и T2 - температура живого организма и внешней среды, соответственно,
- величина полной теплопродукции живого организма
При этом производство энтропии в живом организме равно продукции энтропии во внешнюю среду.
Одновременно заметим, что при T1 -T 2=δT< T1, что соответствует условиям обитания живых организмов, выражение (24) может быть записано в виде
позволяющее заключить, что производство энтропии живых организмов в состоянии покоя достигается путем диссипации тепла при температуре тела живого организма T1.
С другой стороны, величина изменения теплопродукции может быть записана в виде [5,6]
где α - коэфиициент теплоотдачи живого организма к внешней среде,
П - поверхность тела живого организма.
В работе [7] доказано что величина α(t) есть убывающая функция времени, т. е. Из выражения (26) следует, что возможно сохранение величины . Тогда
что существенно для живого организма при сохранении состояния покоя не равного равновесному, из которого живой организм уже не может удалиться.
Таким образом, из выражений (24-27) следует, что возможно длительное существование в состоянии покоя, при этом , т. е. достигается состояние температурного гомеостаза и гомеостатирования среды обитания.
В филогенезе живых организмов величина П ограничена предельной массой (M) тела живого организма, т. к. известно, что отношение м/п есть величина постоянная, например, для гомойотермных организмов [5,6], что в конечном счете приводит к нарушению функций органов живого организма и его вырождению.
Однако из вышеуказанного следует, что если отношение м/п = const выполняется, или, например, значительному увеличению П соответствует незначительное увеличение M, длительность развития с сохранением пpaктически постоянно удельной теплопродукции может быть значительной.
В живом организме есть орган, для которого возможно выполнение данного условия - это мозг живого организма, значительному изменению поверхности которого соответствует значительно меньшее, чем для других органов тела, увеличение массы.
Этот путь эволюционного развития и использовали живые организмы, но больше всех преуспел человек, который смог в дополнение к температурному гомеостазу создать условия гомеостатирования внешней среды (жилища, одежда, применение огня), что в состоянии покоя привело к формированию мозга, позволяющего вести рассудочную деятельность.
Вышеизложенное составляет сущность термодинамических принципов эволюции живых организмов.
Выводы
Сущность необходимых термодинамических принципов эволюции живых организмов заключается в том, что, как доказано в статье, величина коэффициента теплоотдачи живого организма в филогенезе и онтогенезе является убывающей функцией времени в состоянии покоя, при постоянных температурах тела и внешней среды и для поддержания неизменной полной теплопродукции необходимо увеличение поверхности тела живого организма, что определяет удаление живого организма от состояния покоя.
При невыполнении в отдельном органе живого организма - мозге, известной в физиологии зависимости массы всего живого организма от его поверхности, например для гомойотермных организмов, возникает увеличение массы и поверхности мозга, позволяющее живым организмам, при достижении гомеостатирования внешней среды, эво-люционизировать путем формирования мозга не снижая удельной теплопродукции, что подтверждается эволюцией гомойотермных организмов.
Если формирование мозга отсутствует, то, при достижении гомеостатирования внешней среды, эволюция живых организмов приводит к увеличению поверхности тела живых организмов и, соответственно, к пропорциональному увеличению их массы, при этом происходит снижение удельной теплопродукции, что подтверждается гибелью гиперфауны.
Выживание наиболее приспособленных живых организмов при воспроизводимых условиях внешней среды не связано с достижением ими состояния покоя и с изменением удельной теплопродукции в филогенезе, что подтверждается конкуренцией биоценозов и составляет сущность идиоадаптации.
Полученные результаты позволяют выполнить термодинамическое обоснование пунктуализма эволюционного процесса, известного как ароморфоз Северцева, т. е. показать, что пунктуализм изменений связан с периодическим достижением гомеостатирования среды обитания живых организмов, при этом прогрессивные изменения в живом организме, возникают как результат противодействия состоянию покоя при гомеостатировании среды обитания.
Необходимо отметить, что человек достиг состояния температурного гомеостаза и гомеостатирования среды обитания в состоянии покоя, что привело к прогрессивному увеличению его размеров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- Левич, В. Г. Введение в статистическую физику / В. Г. Левич. - М.: Гостехиздат, 1954. - С. 141.
- Волькенштейн, М. В. Биофизика / М. В. Волькен-штейн. - М.: Наука, 1988. - С. 16-19, 307-308, 566-573.
- Ансельм, А. И. Основы статистической физики и термодинамики / А. И. Ансельм. - М.: Наука, 1973. - С. 355357.
- Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А Осипова, А. С. Сукомел. - М.: Энергия, 1969. - С. 15-18,27-28.
- Шмидт-Ниельсон, К. Размеры животных: почему они так важны / К. Шмидт-Ниельсон. - М.: Мир, 1987. - 259 с.
- Проссер, Л. Сравнительная физиология животных: Пер. с англ. / Л. Проссер, Ф. Браун. - М.: Мир, 1967. - С. 11-123.
- Кузнецов, В. Г. Производство энтропии в адиабатической замкнутой системе с градиентом температуры и производством тепла и применение этих условий к термодинамической модели живых организмов / В. Г. Кузнецов // Биофизика. - 2003. - Т. 48. - Вып. 3. - С. 572-573.
Статья в формате PDF
240 KB...
15 06 2026 11:29:57
Статья в формате PDF
241 KB...
14 06 2026 3:14:51
Статья в формате PDF
144 KB...
13 06 2026 9:11:40
Статья в формате PDF
185 KB...
12 06 2026 6:49:43
Статья в формате PDF
355 KB...
11 06 2026 10:19:40
В работе впервые приведены сведения об ассоциации полиморфного ДНК – локуса NcoI гена DRD2 и уровней дофамина с повышенной тревожностью у крыс с генотипом А2/А2 по локусу TAG 1A DRD2.
...
10 06 2026 15:27:48
Статья в формате PDF
284 KB...
09 06 2026 11:12:51
Статья в формате PDF
117 KB...
08 06 2026 9:29:19
Статья в формате PDF
112 KB...
07 06 2026 20:35:47
Рассмотрена экономико-математическая модель конкуренции двух фирм на однородном рынке сбыта. Приводится формулировка соответствующей задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, описывающей динамику развития системы, которая может быть легко обобщена на случай произвольного количества конкурирующих предприятий. Дана экономическая интерпретация полученных результатов.
...
06 06 2026 9:45:54
Статья в формате PDF
100 KB...
05 06 2026 22:46:38
Статья в формате PDF
274 KB...
04 06 2026 13:46:38
Статья в формате PDF
119 KB...
03 06 2026 0:27:47
02 06 2026 14:38:36
Статья в формате PDF
140 KB...
01 06 2026 16:49:36
Статья в формате PDF
144 KB...
30 05 2026 7:10:15
На примере самозарастания песчаных карьеров разработана модель, описывающая формирование растительности в ходе первичной сукцессии на территории со сложным рельефом поверхности и соседством контрастных экотопов.
...
28 05 2026 8:34:18
Статья в формате PDF
277 KB...
27 05 2026 21:59:11
Работа подъема тела в однородном поле силы тяжести всегда больше потенциальной энергии . Для минимизации работы силой тяги, равной , необходимо отключать силу тяги на некоторой высоте . Дальнейшее движение вверх до высоты происходит по инерции. Только в случае работа подъема будет стремиться к минимальному значению, равному .
...
26 05 2026 8:37:29
25 05 2026 12:36:55
24 05 2026 19:12:40
Статья в формате PDF
111 KB...
23 05 2026 11:24:53
По материалам геоботанических исследований растительного покрова на отвалах горных пород Кузнецкого угольного бассейна проведен таксономический анализ флористических списков трех стадий восстановительной сукцессии. Определены зональные особенности сукцессионных процессов. Установлены наиболее активные виды с высокими показателями встречаемости.
...
22 05 2026 11:33:26
21 05 2026 22:26:22
Статья в формате PDF
115 KB...
20 05 2026 11:25:48
Статья в формате PDF
306 KB...
17 05 2026 8:49:42
15 05 2026 7:25:50
Статья в формате PDF
255 KB...
14 05 2026 4:45:31
Статья в формате PDF
111 KB...
13 05 2026 16:40:34
11 05 2026 9:41:23
Статья в формате PDF
102 KB...
10 05 2026 6:52:24
Статья в формате PDF
242 KB...
09 05 2026 16:54:19
Статья в формате PDF
312 KB...
08 05 2026 23:33:44
Статья в формате PDF
120 KB...
07 05 2026 11:13:42
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::