Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Эбилинг В. -> "Физика процессов эволюции" -> 8

Физика процессов эволюции - Эбилинг В.

Эбилинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции — М.: УРСС, 2001. — 342 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikaprocessovevolucii2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 7 < 8 > 9 10 11 12 13 14 .. 176 >> Следующая

15) сетевая структура с тенденцией к образованию все более сложных соотношений и зависимостей между подсистемами;
16) игровой характер процесса, единство действия необходимых и случайных факторов (при основополагающих закономерностях, определяющих существо процесса);
17) дифференциация, специализация и распределение функций подсистем;
18) интеграция путем соединения в целое все более возрастающей сложности и все большей потенции к действию;
19) иерархическое строение в пространственном, временном и функциональном отношении, разбиение на плоскости, элементы которого объемлют друг друга и вложены один в другой, существование «параметров порядка»;
20) ускорение эволюции, т. е. постоянное нарастание средней скорости эволюционного процесса вследствие механизмов обратной связи.
Разумеется, приведенный длинный перечень можно было бы легко продолжить, включив в него другие важные факторы эволюции. Однако мы должны ограничиться приведенными выше пунктами и в особенности их физическими аспектами, содержащимися, главным образом, в первых десяти пунктах. Почти каждый из этих факторов будет подробно рассмотрен в отдельной главе. Существенно меньше места отводится обсуждению пунктов 11—20, так как в них на первый план выходят нефизические аспекты. Однако и в них содержатся физические компоненты, которые мы поясним в дальнейшем. Эти факторы перекрываются. Более подробную информацию о факторах 11—20 интересующийся читатель сможет найти в литературе (Polanyi, 1968; Шмальгаузен, 1968; Calvin, 1969; Dose, Rauchfuss, 1975; Crow, Kimura, 1979; Odum, 1969, 1971; May, 1973; Деборин и др., 1975; Eigen, Winkler, 1975; Zuckerkandl, 1975, 1976; Романовский, Степанова, Чернавский, 1984; Bresch, 1977; Хакен, 1980; Шноль, 1979; Greenwood, 1985).
Существенным вкладом в физическое понимание качественных переходов при эволюционных процессах мы обязаны аналогии с фазовыми переходами в термодинамике. Как обнаружили впервые Хакен и Шлёгль, явления, известные в равновесной термодинамике под названием фазовых переходов, обладают сходством с качественными сильно неравновесными переходами — кинетическими переходами (Хакен, 1980). Мы демонстрируем такого рода аналогии на примере из экологии (рис. 1.3 и 1.4). Рассмотрим биологические виды, занимающие на определенной территории одну экологическую нишу. При внедрении нового вида, который существенно лучше использует ту же нишу, наступает фаза перехода от существования к полному
Состояние 11 Переход | Состояние 2
3 8*
О У о, ,
8 в | f-i
III!!
—Cl = pV I
Вода
, аксон
Время T=const
Пар
Объем
Рис. 1.3. Качественный ход типичного фазового перехода 1-го рода: (а), (б) вытеснение вида при отборе и (в) переход вода—пар
лампы лазера накалки энергии
Рис. 1.4. Качественный ход типичного фазового перехода 2-го рода: (а), (6) дифференциация вида и (в) работа лазера
вытеснению исходных видов (рис. 1.3 а). В го время как такие переходы повышают селекционную ценность смешанной популяции от ценности старой популяции до ценности новой. Среди прочих можно отметить следующие свойства такого рода процессов:
— состояния 1 и 2 разделены переходной областью конечной величины;
— в переходной области оба состояния (вида) отличимы друг от друга;
— симметрия относительно использования видами экологической ниши не должна нарушаться;
— скачкообразный переход может быть обойден, например, с помощью медленного улучшения селекционной ценности таксона 1 до ценности таксона 2.
Поразительно похожие утверждения характеризуют термодинамический фазовый переход первого рода, например, переход вода—пар. На рис. 1.3 в для сравнения представлен термодинамический потенциал П = —pV как функция от объема. С такими переходами первого рода мы снова встретимся в главах 4 и 5.
Другим весьма важным для эволюции процессом является специализация, дифференциация или распределение функций (рис. 1.4 а). Например, такой процесс происходит, когда один вид использует две экологические ниши, но в ходе эволюции одна часть вида специализируется по отношению к одной, другая — к другой нише, пока не образуются два различных вида. Поскольку ресурсы обеих ниш используются при этом с разделением функций, становится возможным быстрое улучшение приспособленности (рис. 1.4 5). В подобных случаях удается установить следующие свойства:
— переход происходит в определенной точке, а именно, с прекращением образования смешанного потомства;
— с наступлением перехода нарушается симметрия использования ниш подвидами;
— в точке перехода оба состояния совпадают.
То, что такой переход обладает аналогией с кинетическим переходом второго рода, мы покажем на примере лазера (рис. 1.4 в). Переходы подобного типа мы обсудим в гл. 5. Аналогия с равновесными фазовыми переходами весьма интересна и с другой точки зрения.
В результате фазового перехода второго рода кооперативное поведение большого числа подсистем приведет к возникновению микросостояния со спонтанно нарушенной симметрией. Такое нарушение симметрии можно рассматривать как элементарный процесс возникновения сложных структур из простых основных элементов. Такие свойства, как макроскопическая намагниченность, кристаллическое дальнее упорядочение или сверхтекучесть, которые статистическая механика позволяет рассматривать как следствие взаимодействия высокосимметричных элементарных «кирпичиков», показывают, какие качественно новые явления могут возникать уже в относительно простых макроскопических системах (Anderson, 1972, 1984).
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 7 < 8 > 9 10 11 12 13 14 .. 176 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed