Дайте сущность понятия диссипативной структуры, понятия открытой системы. Перечислите основные постулаты теоремы пригожина. Напишите ваше мнение по поводу энергетики живого: ”порядок из хаоса”.

В процессе онтогенеза, так же как и в процессе филогенеза, все время образуются новые структуры. Это кажущееся противоречие со вторым законом термодинамики объясняется тем, что организмы не изолированные, а открытые системы, непрерывно обменивающиеся веществом и энергией с окружающей средой.

Изменение энтропии в открытой системе складывается: из ее изменений, происходящих в самой системе ΔS_i и из изменений при обмене веществом и энергией с окружающей средой ∆S_e.: ∆S = ∆S_i + ∆S_e

Согласно второму закону термодинамики, ΔS_i может быть только положительным, или в предельном случае (обратимые процессы) равным нулю. Напротив, ∆S_e может принимать как положительные, так и отрицательные значения. И тогда получается, что ничто не запрещает ∆S быть отрицательным в том случае, если ∆S_e < 0 и | ΔS_e | > | ΔS_i |. Т.е. когда систему покидает больше энтропии, чем ее производится благодаря внутренним необратимым процессам.

Обмен веществ и энергией необходим с точки зрения термодинамики живым организмам для того, чтобы препятствовать увеличению энтропии внутри живой системы, которое обусловлено необратимыми процессами в самой системе. Для системы «живой организм + окружающая среда» второй закон термодинамики остается в силе в своей классической формулировке, т.е. энтропия возрастает и никогда не уменьшается.

Таким образом, живые организмы могут создавать упорядоченность внутри себя только за счет того, что они уменьшают упорядоченность в окружающей среде. После открытия И.Пригожиным диссипативных структур было определено, что биологические системы можно отнести к числу открытых систем по энергии.

Диссипативные структуры – открытые системы, способные поддерживать свое существование за счет «прокачки» потоков вещества и энергии, системы которые рождаются из рассеивающейся энергии (примером может служить ванна сводой: когда открывают слив образуется воронка из потенциальной энергии воды – это и есть диссипативная структура). Такие структуры исчезают также быстро как и появляются. Диссипативные структуры – системы, поддерживающие свое упорядоченное состояние за счет деградации энергии. На их входе энергия более упорядоченная, на выходе – более вырожденная. Все живые системы относятся к диссипативным структурам. Пример: растения переводят электромагнитную энергию солнечного света в энергию химических связей. У животных энергия химических связей деградирует в механическую и тепловую энергию.

В качестве итога можно сказать, что все процессы в живых системах подчиняются как первому, так и второму началу термодинамики и упорядоченность этих систем поддерживается только благодаря притоку энергии извне. Если закрыть поток энергии, то система уничтожается. Главное свойство биологических систем – перенос энергии, по этому свойству можно судить о состоянии системы и определить насколько она повреждена. Перенос энергии это последнее чем будет жертвовать система, и если поток нарушен, то системе грозит полное уничтожение.

Теорема Пригожина. Если открытую термодинамическую систему при неизменных во времени условиях предоставить самой себе, то прирост энтропии такой системы будет уменьшаться, пока система не достигнет стационарного состояния, динамического равновесия, в этом состоянии прирост энтропии системы будет минимальный: ΔS_i/Δt=min. Эмбриональное развитие животного, связанное с процессами дифференцировки, происходит с приростом удельного производства энтропии (на единицу массы организма). Поэтому теорема Пригожина здесь не применима. Напротив, во время постнатального периода роста, в соответствии с т. Пригожина, удельное производство энтропии все время уменьшается до тех пор, пока у взрослого животного, у которого масса тела постоянна, не установится стационарное состояние с минимальным производством энтропии (см. рисунок ниже).

 

 

У многолетних растений, у которых процессы дифференцировки и роста происходят в течение всей жизни, дело обстоит иначе.