Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
N entropi và thông tin trong các hệ sinh học tiến hóa
Tóm tắt
Việc tích hợp các khái niệm về bảo trì và nguồn gốc là cần thiết để giải thích sự đa dạng sinh học. Lý thuyết thống nhất về tiến hóa cố gắng tìm ra chủ đề chung liên kết các quy tắc sản xuất vốn có trong các hệ sinh học, giải thích nguồn gốc của trật tự sinh học như một biểu hiện của dòng chảy năng lượng và dòng chảy thông tin trên nhiều quy mô không gian và thời gian khác nhau, với nhận thức rằng sự chọn lọc tự nhiên là một quá trình có liên quan đến tiến hóa. Các hệ sinh học tồn tại trong không gian và thời gian bằng cách chuyển đổi năng lượng từ trạng thái này sang trạng thái khác theo cách tạo ra các cấu trúc cho phép hệ thống tiếp tục tồn tại. Có hai loại chuyển đổi năng lượng cho phép điều này; các chuyển đổi tạo nhiệt, dẫn đến sự mất năng lượng ròng từ hệ thống, và các chuyển đổi bảo toàn, chuyển đổi năng lượng không sử dụng thành các trạng thái có thể được lưu trữ và sử dụng sau đó. Tất cả các chuyển đổi bảo toàn trong các hệ sinh học đều gắn liền với các chuyển đổi tạo nhiệt; do đó, sản xuất sinh học vốn có, hay các quá trình phả hệ, là entropic dương. Có một hiện tượng tự tổ chức chung cho các hiện tượng phả hệ, điều này mang lại mũi tên thời gian cho các hệ sinh học. Sự chọn lọc tự nhiên, mà tự nó có thể đảo ngược theo thời gian, đóng góp vào sự tổ chức của các quỹ đạo phả hệ tự tổ chức. Sự tương tác giữa các quá trình phả hệ (kích thích đa dạng) và chọn lọc (hạn chế đa dạng) tạo ra sự trật tự sinh học, trong đó đóng góp chính là lịch sử phả hệ. Các thay đổi động xảy ra trên các thang thời gian ngắn hơn tỷ lệ xuất loài là vi tiến hóa; những thay đổi diễn ra trên các thang thời gian dài hơn tỷ lệ xuất loài là vĩ tiến hóa. Các quá trình vĩ tiến hóa không thể được giảm xuống, cũng như không độc lập với các quá trình vi tiến hóa.
Từ khóa
#tiến hóa #sinh học #đa dạng sinh học #chọn lọc tự nhiên #quá trình phả hệTài liệu tham khảo
Bowers, M. A. and J. H. Brown: 1982, ‘Body size and coexistence in desert rodents: Chance or community structure?’, Ecology 63, 391–400.
Brillouin, L.: 1962, Science and Information Theory, Academic Press, 2nd ed., New York.
Brooks, D. R.: 1985, ‘Historical ecology: A new approach to studying the evolution of ecological associations’, Ann. Missouri Bot. Garden 72, 660–680.
Brooks, D. R., P. H. LeBlond, and D. D. Cumming: 1984, ‘Information and entropy in a simple evolution model’, J. Theor. Biol. 109, 77–93.
Brooks, D. R., D. D. Cumming, and P. H. LeBlond: 1988, ‘Dollo's Law and the Second Law of Thermodynamics: Analogy or extension?’, in Entropy. Information and Evolution: New Perspectives on Physical and Biological Evolution. ed. B. Weber, D. J. Depew and J. D. Smith, MIT Press, Cambridge, 189–224.
Brooks, D. R. and R. T. O'Grady: 1986, ‘Non-equilibrium thermodynamics and different axioms of evolution’, Acta Biotheor. 35, 77–106.
Brooks, D. R. and E. O. Wiley: 1988, Evolution as Entropy: Toward a Unified Theory of Biology. Univ. Chicago Press. 2nd ed., Chicago.
Buss, L.: 1987, The Evolution of Individuality. Princeton Univ. Press, Princeton.
Chaitin, G. J.: 1975, ‘A theory of program size formally equivalent to information theory’, J. ACM 22, 329–340.
Charlesworth, B., R. Lande, and M. Slatkin: 1982, ‘A neo-Darwinian commentary on macroevolution’, Evolution 36, 474–498.
Collier, J.: 1986, ‘Entropy in evolution’, Biol. Philos. 1, 5–24.
Collier, J.: 1988, ‘Supervenience and reduction in biological hierarchies’, Can. J. Philos. suppl. vol. 14, 209–234.
Collier, J. D.: 1989, ‘Intrinsic information’, in Vancouver Studies in Cognitive Science, ed. P. P. Hanson, University of British Columbia Press, Vancouver.
Depew, D. J. and B. Weber: 1988, ‘Consequences of nonequilibrium thermodynamics for the Darwinian tradition’, in Entropy, Information and Evolution: New Perspectives on Physical and Biological Evolution, eds. B. Weber, and J. D. Smith, MIT Press, Cambridge, 317–354.
Diamond, J.: 1986, ‘Evolution of ecological segregation in the New Guinea montane avifauna’, in Community Ecology, eds. J. Diamond and T. J. Case, Harper and Row, New York, 98–125.
Eldredge, N.: 1985, Unfinished Synthesis, Columbia Univ. Press, New York.
Eldredge, N.: 1986, ‘Information, economics and evolution’, Ann. Rev. Ecol. Syst. 17, 351–369.
Eldredge, N. and S. N. Salth: 1984, ‘Hierarchy and evolution’, in Oxford Surveys in Evolutionary Biology, eds. R. Dawkins and M. Ridley. 1, 182–206.
Emig, C. C.: 1985, ‘Relations entre l'espece structure dissipatrice biologique, et l'ecosysteme, structure dissipatrice ecologique. Contribution a la theory de l'evolution des systemes non-en equilibre’, C. R. Acad, Sci. Paris 300, 323–326.
Endler, J. A.: 1986, Natural Selection in the Wild. Princeton University Press, Princeton NJ.
Fink, W. L.: 1982, ‘The conceptual relationship between ontogeny and phylogeny’, Paleobiology 8, 254–264.
Frautschi, S.: 1982, ‘Entropy in an expanding universe’, Science 217, 593–599.
Frautschi, S.: 1988, ‘Entropy in an expanding universe’, in Entropy, Information and Evolution: New Perspective on Physical and Biological Evolution, eds. B. Weber, D. J. Depew and J. D. Smith, MIT Press, Cambridge, 11–22.
Futuyma, D. J.: 1988, ‘Sturm und Drang and the Evolutionary Synthesis’, Evolution 42, 217–226.
Gatlin, L. L.: 1972, Information Theory and the Living System, Columbia Univ. Press, New York.
Goodwin, B. C.: 1982, ‘Development and evolution’, J. Theor. Biol. 97, 43–55.
Goodwin, B. C.: 1985, ‘Changing from an evolutionary to a generative paradigm in biology’, in Evolutionary Theory: Paths into the Future, ed. J. W. Pollard, John Wiley & Sons, London, 99–120.
Gould, S. J.: 1980, ‘Is a new and general theory of evolution emerging?’, Paleobiology 6, 119–120.
Graham, R. W.: 1986, ‘Response of mammalian communities to environmental changes during the late Quaternery’, in Community Ecology, eds. J. Diamond and T. J. Case, Harper and Row, New York, 300–313.
Hailman, J. P.: 1977, Optical Signals: Animal Communication and Light, Univ. Indiana Press, Bloomington.
Hennig, W.: 1966, Phylogenetic Systematics. Univ. Illinois Press, Urbana.
Kolmogorov, A. N.: 1968, ‘Logical basis for information theory and probability theory’, IEEE Transactions on Information Theory, 14, 662–664.
Landsberg, P. T.: 1984a, ‘Is equilibrium always an entropy maximum?’, J. Stat. Physics 35, 159–169.
Landsberg, P. T.: 1984b, ‘Can entropy and “order” increase together?”, Physics Letters 102A, 171–173.
Lauder, G. V.: 1981, ‘Form and function: Structural analysis in evolutionary biolog’, Paleobiology 7, 430–442.
Lauder, G. V.: 1982, ‘Historical biology and the problem of design’, J. Theor. Biol. 97, 57–68.
Layzer, D.: 1975, ‘The arrow of time’, Sci. Amer. 233, 56–69.
Levins, R.: 1975, ‘Evolution of communities near equilibrium’, in Ecology and Evolution of Communities, ed. M. L. Cody and J. M. Diamond, Belknap Press, Cambridge, Mass, 16–50.
Lima-de-Faria. A.: 1983, Molecular Order and Organization of the Chromosome, Elsevier, Amsterdam.
Lindeman, R. L.: 1942, ‘The trophic-dynamic aspect of ecology’, Ecology 23, 399–418.
Lotka, A. J.: 1913, ‘Evolution from the standpoint of physics, the principle of the persistence of stable forms’, Sci. Amer. Suppl. 75, 345–346, 354, 379.
Lotka, A. J.: 1925, Elements of Physical Biology, Williams and Wilkins, Baltimore.
Luria, S. E., S. J. Gould, and S. Singer: 1981, A View of Life, Benjamin Cummings, Menlo Park.
MacArthur, R. H.: 1958, ‘Population ecology of some warblers of northeastern coniferous forests’, Ecology 39, 599–619.
MacArthur, R. H.: 1972, Geographical Ecology, Harper and Row, New York.
Maurer, B. A.: 1985, ‘On the ecological and evolutionary roles of competition’, Oikos 45, 300–302.
Maurer, B. A.: 1987, ‘Scaling of biological community structure: A systems approach to community complexity’, J. Theor. Biol. 127, 97–110.
Maurer, B. A. and D. R. Brooks.: (submitted), ‘Scaling of entropy production in biological systems’, Biosystems.
Prigogine, I.: 1967, Thermodynamics of Irreversible Processes. Wiley-Intersci. 3rd ed., New York.
Prigogine, I.: 1980, From Being to Becomming. W. H. Freeman, San Francisco.
Prigogine, I. and J. W. Wiame: 1946, ‘Biologie et thermodynamique des phenomenes irreversibles’, Experientia 2, 451–453.
Ricklefs, R. E.: 1987, ‘Community diversity: Relative roles of local and regional processes’, Science 235 167–171.
Root, R. B.: 1967, ‘The niche exploitation pattern of the blue-grey gnatcatcher’, Ecological Monogr. 37, 317–350.
Roughgarden, J., S. D. Gaines, and S. W. Pacala: 1988, ‘Supply side ecology: The role of physical transport processes’, in Organization of Communities Past and Present, eds., J. H. R. Gee and P. S. Giller, Blackwell Scientific, Oxford, 491–518.
Salthe, S. N.: 1985, Evolving Hierarchical Systems: Their Structure and Representation. Columbia Univ. Press, New York.
Saunders, P. T. and M.-W. Ho: 1985, ‘The complexity of organisms’, in Evolutionary Theory: Paths into the Future, ed. J. W. Pollard, John Wiley & Sons, London, 121–139.
Schoener, T. W.: 1974, ‘Resource partitioning in ecological communities’, Science 185, 27–39.
Schoener, T. W.: 1986, ‘Overview: Kinds of communities — ecology becomes pluralistic’, in, Community Ecology, eds. J. Diamond and T. J. Case, Harper and Row, New York, 467–479.
Shannon, C. E., and W. Weaver: 1949, The Mathematical Theory of Communication, University of Illinois Press, Urbana.
Slatkin, M.: 1980, ‘Ecological character displacement’, Ecology 61, 163–177.
Smith, J. D. H.: 1988, ‘A class of mathematical models for evolution and Hierarchical Information Theory’, Inst. Math. Appl. Preprint Series 396, 1–13.
Sober, E.: 1984, The Nature of Selection, MIT Press, Cambridge, MA.
Stebbins, G. L. and F. C. Ayala: 1981, ‘Is a new evolutionary synthesis necessary’, Science 213, 967–971.
Waddington, C. H.: 1966, ‘Fields and gradients’, in Major Problems in Developmental Biology, ed. M. Locke, Academic Press, London, 105–124.
Wake, D. B. and A. Larson: 1987, ‘Multidemensional analysis of an evolving lineage’, Science 238, 42–48.
Weber, B., D. J. Depew, and J. D. Smith, eds.: 1988, Entropy, Information and Evolution: New Perspectives on Physical and Biological Evolution, MIT Press, Cambridge.
Weber, B. H., D. J. Depew, C. Dyke, S. N. Salthe, E. D. Schneider, R. E. Ulanowicz, and J. S. Wicken: 1989, ‘Evolution in thermodynamic perspective: An ecological approach’, Biol. Philo.: in volume.
Wicken, J. S.: 1987a, Evolution, Thermodynamics and Information: Extending the Darwinian Paradigm, Oxford Univ. Press, New York.
Wicken, J.: 1987b, ‘Entropy and information: Suggestions for common language’, Phil. Sci. 54, 176–193.
Wiley, E. O.: 1981, Phylogenetics: The Theory and Practice of Phylogenetic Systematics, Wiley-Intersci, New York.
Wiley, E. O.: 1988, ‘Vicariance biogeography’, Ann. Rev. Ecol. Syst. 19, 513–542.
Zotin, A. I. and R. S. Zotina: 1978, ‘Experimental basis for qualitative phenomenological theory of development’, in Thermodynamics of Biological Processes, ed. I. Lamprecht and A. I. Zotin, deGruyter, Berlin, 61–84.