Тысяча полезных мелочей    

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Кузнецов В. Г. Яковлев С. В. Бруснев Л. А. Статья в формате PDF 483 KB Известно рассмотрение необратимого процесса, про­исходящего в адиабатически замкнутой системе, возни­кающего при соприкосновении частей системы, имеющих различные температуры (T1>T2), при этом выражение для производства энтропии имеет вид [1,2]:

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

  1. Левич, В. Г. Введение в статистическую физику / В. Г. Левич. - М.: Гостехиздат, 1954. - С. 141.
  2. Волькенштейн, М. В. Биофизика / М. В. Волькен-штейн. - М.: Наука, 1988. - С. 16-19, 307-308, 566-573.
  3. Ансельм, А. И. Основы статистической физики и тер­модинамики / А. И. Ансельм. - М.: Наука, 1973. - С. 355­357.
  4. Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А Осипова, А. С. Сукомел. - М.: Энергия, 1969. - С. 15-18,27-28.
  5. Шмидт-Ниельсон, К. Размеры животных: почему они так важны / К. Шмидт-Ниельсон. - М.: Мир, 1987. - 259 с.
  6. Проссер, Л. Сравнительная физиология животных: Пер. с англ. / Л. Проссер, Ф. Браун. - М.: Мир, 1967. - С. 11-123.
  7. 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.


Г.А. НАСЕР О ПРИЧИНАХ И ПРЕДПОСЫЛКАХ РЕВОЛЮЦИИ

Г.А. НАСЕР О ПРИЧИНАХ И ПРЕДПОСЫЛКАХ РЕВОЛЮЦИИ Статья в формате PDF 112 KB...

02 11 2026 15:28:49

КАРАМОВА ЛЕНА МИРЗАЕВНА

КАРАМОВА ЛЕНА МИРЗАЕВНА Статья в формате PDF 77 KB...

01 11 2026 1:38:16

АЛЕКСЕЙ ПАВЛОВИЧ ЗУБЕХИН

АЛЕКСЕЙ ПАВЛОВИЧ ЗУБЕХИН 8 февраля 2004 года исполняется 75 лет со дня рождения и 60 лет педагогической, производственной деятельности академика Российской Академии естествознания, Академии эмалирования России, Заслуженного деятеля науки и техники РФ, почетного работника высшего образования России, доктора технических наук, профессора кафедры технологии керамики, стекла и вяжущих веществ ЮРГТУ (НПИ). ...

31 10 2026 11:53:57

ВЛИЯНИЕ КРАТКОСРОЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА ПОВЕДЕНИЕ КРЫС В ТЕСТЕ «ОТКРЫТОЕ ПОЛЕ»

ВЛИЯНИЕ КРАТКОСРОЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА ПОВЕДЕНИЕ КРЫС В ТЕСТЕ «ОТКРЫТОЕ ПОЛЕ» В работе рассматривается влияние краткосрочной изоляции в течение пяти суток на поведение крыс в открытом поле. Показано, что у крыс, находящихся в изоляции, уменьшается время выхода из центра, снижается сумма дефекаций и уринаций. Показатели ориентировочно-исследовательской реакции при повторном тестировании изменялись одинаково у изолированных и групповых крыс. ...

28 10 2026 14:22:47

КЛИНИКО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ МИКОЗОВ У ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ЖЕНЩИН, НАХОДЯЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ ПЕНИТЕНЦИАРНОЙ СИСТЕМЫ

КЛИНИКО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ МИКОЗОВ У ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ЖЕНЩИН, НАХОДЯЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ ПЕНИТЕНЦИАРНОЙ СИСТЕМЫ В связи со значительным ростом ВИЧ-инфекции на территории России все больше стало встречаться инвазий грибковой природы. При этом у ВИЧ-инфицированных частота носительства кандид в полости рта достигает 80%, тогда как у пpaктически здоровых она составляет 46-51%. Особенностью клиники кандидоза у ВИЧ-инфицированных является высокая частота поражения ротоглотки и пищевода при отсутствии поражения кожи и ногтей. Особую группу составили ВИЧ-инфицированные, у которых был диагностирован аспергиллез (80 заключенных женщин). У лиц с иммунодефицитом вначале поражаются грибом легкие, затем в процесс вовлекаются плевра, лимфатические узлы. Током крови аспергиллы могут заноситься в другие органы, образуя там специфические гранулемы, которые обычно абсцедируют. ...

27 10 2026 12:35:35

СУБЪЕКТИВНЫЕ БАРЬЕРЫ ОБЩЕНИЯ У ПОДРОСТКОВ

СУБЪЕКТИВНЫЕ БАРЬЕРЫ ОБЩЕНИЯ У ПОДРОСТКОВ Статья в формате PDF 114 KB...

17 10 2026 18:44:58

ТОПОГРАФИЯ ЛИМФАТИЧЕСКИХ ПОСТКАПИЛЛЯРОВ

ТОПОГРАФИЯ ЛИМФАТИЧЕСКИХ ПОСТКАПИЛЛЯРОВ Лимфатические посткапилляры проходят от метаболических блоков с лимфатическими капиллярами до лимфатических сосудов первого порядка в контурном пучке микрорайона микроциркуляторного русла, чаще около собирательных венул или на разном удалении от них. ...

16 10 2026 2:49:26

Микробиологические и биофизические исследования трaнcпортируемой воды водовода Астpaxaнь-Мангышлак (оценка качества воды в зимний период)

Микробиологические и биофизические исследования трaнcпортируемой воды водовода Астpaxaнь-Мангышлак (оценка качества воды в зимний период) Одной из наиболее актуальных проблем современности является проблема обеспечения населения качественной питьевой водой. Для решения проблемы деффицита воды Прикаспийского региона в 1989 году был построен водовод «Астpaxaнь-Мангышлак», общей протяженностью 1041 км который берет свое начало из протоки Кигач, расположенной в дельте р. Волга. Биотестирование на дафниях в исходной воде и в воде, трaнcпортируемой по водоводу показало, что процент погибших дафний по сравнению с контролем составляет в зимний период 14%, а в весенний – 20%. В летний период процент погибших дафний явлется наиболее выским – 31,8% и к осени этот показатель снижается до 23,8%. Эти значения меньше 50%, то есть в соответствии с п.3.1.5 РД – 118-02-90 тестируемая вода не оказывает острого токсического действия на дафний. ...

15 10 2026 11:12:36

МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАЗИФРАКТАЛЬНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ МЕТОДОМ ИТЕРАЦИИ ТРЕУГОЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ КОХА НА 2D СЕТКАХ

МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАЗИФРАКТАЛЬНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ МЕТОДОМ ИТЕРАЦИИ ТРЕУГОЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ КОХА НА 2D СЕТКАХ Обсуждены методика и некоторые результаты моделирования вероятных конфигураций межфазных границ на поверхности композиционных материалов, полученные методом итерации треугольных генераторов на определенных сетках Кеплера-Шубникова. ...

09 10 2026 7:33:58

КОРЯК ЮРИЙ АНДРЕЕВИЧ

КОРЯК ЮРИЙ АНДРЕЕВИЧ Статья в формате PDF 358 KB...

06 10 2026 16:35:14

Краевая задача со смещением для вырождающегося гиперболического уравнения

Краевая задача со смещением для вырождающегося гиперболического уравнения Исследована краевая задача со смещением для вырождающегося гиперболического уравнения. При определенных условиях неравенственного типа на известные функции доказана теорема единственности. Вопрос существования решения задачи сведен к вопросу разрешимости сингулярного интегрального уравнения, которое редуцируется к уравнению Фредгольма второго рода, безусловная разрешимость которого заключается из единственности решения задачи. ...

29 09 2026 3:50:15

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 ::