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紧紧抓住领域创新科学不是搞“急转弯”: jitaowang 2010-10-6 09:21; 物理学在整个 20 世纪中可以说是轰轰烈烈。量子力学，相对论，核反应，基本粒子等等不断取得举世瞩目的进展。可是作为物理学的一个基础领域热力学，从 19 世纪中期以来几乎一直保持着纹丝不动。经典热力学和热力学几乎成为同义词。尽管 1968 年和 1977 年昂萨格和普利高京都以和热力学相关的进展分别荣获诺贝尔奖。可是绝大多数的热力学教科书就是不买帐，很少在热力学课程中系统介绍他们的工作。其实原因很简单：昂萨格明确说明，他引入了非热力学的假定；而普利高京则明确说明，他的布鲁塞尔振子模型是动力学模型。按照矛盾论对立统一学说，经典热力学等同于热力学，没有现代热力学能统一吗？ 20 世纪1970 年前后低压人造金刚石的成功成为导火索。经典热力学成功预言了高压人造金刚石，却至今无法解释低压人造金刚石。经历了约 40 年国内外的学者不断地提出热力学或准热力学的解释、模型或理论，有的还发表在 Nature 上，都没有能站得住脚。我经历了 20 年选择了领域创新：建立真正的现代热力学。其中的核心就是 1865 年克劳修斯所说的补偿原理。至今我还没有看到国内外任何热力学教科书中介绍过克劳修斯的补偿原理。更不知有哪一位热力学教师敢于在课堂上讲授克劳修斯的补偿原理。热力学第二定律，这可是一个领域性的大是大非问题，无法加以回避的。千万不要搞一些脑筋急转弯，接着来掩饰学科领域中客观存在的问题。当然更不能借此反对科学基本定律。以下是前一个博文可逆热机改变内部热容不能推翻卡诺定理中张文祥老师的评论和博主的回复供参考：标题：发表评论人：理论思维删除回复我不是学物理的 , 但是我从普里高津理论的某些含混之处已经设想到了补偿原理 . 王老师已经用他的实验尤其是现代热力学的理论加以说明 . 我一开始就意识到 , 并明确指出现代热力学的理论对于理解与进一步推动复杂性系统理论研究的重大意义 . 现在王老师 , 在科学网上的博文已经把现代热力学的要点交代得非常清楚了 . 如普里高津指出作为演化物理的复杂性系统理论是物理学发展新阶段 , 我再次呼吁中国学术界认识到现代热力学对于复杂性系统理论进一步展开的意义 , 抓住现代热力学的理论提出的契机 , 推动我国信息理论 , 网络理论深入展开 , 以超越国际学术研究水平 . 博主回复：谢谢。确实如此。克劳修斯的补偿（现在通常称为耦合）确实是适用于复杂体系的现代热力学核心。; 个人分类: 科学发展|3279 次阅读|0 个评论

微生物自我保护自我发展的基本原则: biozhang 2010-8-10 07:59; 张星元：微生物自我保护自我发展的基本原则微生物细胞是复杂系统。微生物学描述了它的看得见的实体系统，也就是物质的、代谢能支撑着的、具有物理边界的实体结构（微生物细胞或细胞器）；微生物细胞经济学揭示了它的看不见的概念系统，也就是微生物生命活动过程的经济构架，它受到信息的强烈和持久的束缚。微生物的实物结构（微生物细胞的生产力）和微生物的经济结构（微生物细胞的生产关系）从状态和过程两个互补的侧面描绘了微生物生命系统，让我们领略了微生物细胞在生物工程领域的真实面貌和奕奕神采。工业发酵依靠微生物（菌种）细胞群体的代谢来获得产品。接受导向的细胞经济状态固然有利于特定的代谢产物的生产，但从富于竞争能力的原始型细胞经济状态向接受导向的导向型细胞经济状态的转化，不但受到微生物细胞所处的环境条件的影响，受到细胞自身能量代谢和还原力平衡的严格制约，即取决于菌种的遗传信息与其所处环境信息的互动，最终取决于细胞的遗传物质（如果细胞遗传物质没有变化的话）。尽管通过改变培养条件，调整相关的代谢子系统及它们之间的关系，也可能在生理弹性范围内引导野生型微生物细胞过量合成特定中间代谢产物（目的产物）；但若要大幅度提高对特定中间代谢产物（目的产物）的生产能力，必须对野生型的微生物进行遗传改造。为此，必须深入研究微生物细胞经济体系及其运行规律。尽管，微生物细胞天然的生产关系（支持细胞增殖的生产关系）仍在一定程度上束缚着（同时支持和维持）发酵工业生产线上的细胞机器的生产力（指生产特定的初级代谢产物的生产力），我们期望经过在微生物生理学与遗传学方面的不懈的努力，把微生物细胞在典型的工业发酵中的生产关系与生产力之间的关系，从基本不适合（工业发酵的生产力受到束缚）优化为基本适合（工业发酵的生产力得到解放）。从而把野生型微生物细胞改造成有工业发酵生产个性的微生物细胞细胞机器。通过调整细胞的生产关系，使细胞经济按新的生产格局运行：从生产细胞的原始型的细胞经济格局转向生产目的产物（特定的初级代谢产物）的导向型的细胞经济格局。然而，尽管生产格局变了，微生物细胞整体协调、维持生计的经济管理原则没有变。而且，在相当长的历史时期内人类没有能力动摇这个细胞经济管理原则。这个原则是地球上亿万年物竞天择的综合性成果，是微生物自我保护自我发展的基本原则。这个基本原则集中体现了生命世界的以生（命）为本的核心价值。面对五花八门错综复杂的大千世界，生物体就是始终坚持这个基本原则，在与生存环境互动中丰富自身的信息；纵然好似山穷水尽疑无路，转瞬还是柳暗花明又一村，世世代代，绵绵不息，前程远大，难以预测。; 个人分类: 科学网上晒一晒|5431 次阅读|0 个评论

哲学思考九细胞经济体系只是维护其发生主体的利益: biozhang 2010-5-13 15:11; 张星元：哲学思考九细胞经济体系只是维护其发生主体的利益可以用细胞经济的观点分析生物科学领域的问题，譬如分析普通病菌向超级细菌进化的细胞经济原因。普通的细菌，不论是致病的还是对人类有益的，都具有细胞经济假说中所述的细胞经济体系。金黄色葡萄球菌是一种临床常见的细菌，它可引起皮肤、肺部、血液、关节感染；上世纪40年代青霉素的问世使该菌引起的感染性疾病的诊治得到很大改观；但随着青霉素的广泛应用，有些金黄色葡萄球菌因自发突变而能合成青霉素酶，引发对青霉素的耐药的危机；耐青霉素酶的半合成广谱青霉素甲氧西林问世，在一定程度上缓解了耐药菌感染带来的压力。然而不久又发现了金黄色葡萄球菌的对甲氧西林有耐药性的突变株MRSA（methicillinresistantStaphylococcusaureus），它们除了对甲氧西林耐药外，对其他所有-内酰胺类和头孢类抗生素耐药，还可通过多种机制，对氨基糖甙类、大环内酯类、四环素类、氟喹诺酮类、磺胺类、利福平类等产生不同程度的耐药性，因此MASA有超级细菌之称。普通致病细菌金黄色葡萄球菌在高浓度的抗生素（譬如青霉素）的人体环境中进化成了所谓超级细菌，获得了生存权，这是微生物的细胞经济体系在起作用，细胞经济为耐药性突变菌株的增殖提供了经济保证。细胞经济维护了细菌在人体的生存利益，造就了超级细菌。超级细菌威胁人类健康仅仅是细胞经济体系客观上对人类的负面影响；其实细胞经济体系不论在任何情况下只是维护其发生主体的利益细菌细胞的生存利益，在更多的场合，往往是客观上造福于有智慧的人类。工业发酵生产的发展壮大就离不开微生物的细胞经济体系。; 个人分类: 科学网上晒一晒|4544 次阅读|0 个评论

哲学思考八复杂系统中的自主调节的框架: biozhang 2010-5-13 13:27; 张星元：哲学思考八复杂系统中的自主调节的框架以细菌细胞的自主调节为例：细菌DNA分子上排列的几千个基因和基因集（譬如操纵子、多基因调节系统）能够起到开关或联动开关的作用。细胞内环境中某个化合物达到一定的浓度，这些开关中一个就会打开，受到刺激而活跃起来的基因就会向它的同伴基因发出化学信号。尔后这个信号物就会在DNA分子中来回运动，又可能触动其它基因开关，这些基因中的一部分的开关因此而打开、另一部分的开关因此而关闭。这些新被激活了开关的基因就会发出它们自己的信号（或停止发出信号），结果就带动更多的基因开关采取开或关的行动，从而汇聚成一轮轮信息潮，一个个蛋白质操作平台，一直到这些基因的宿主细胞达到了一个新的、稳定的特有形式，这些基因的运作才会停止。这意味着，细菌细胞DNA不仅要为细胞绘制蓝图，也就是负责设计如何制造这个蛋白或那个酶这类工作，它实际上还是负责整个细胞建设、维修和信息交流，就像一台分子层次的计算机，它会告诉细胞如何面对现实去建设自己、修复自己，如何与外部世界相互作用。谈到调节，工程师们印象最深的可能是负反馈，因为负反馈有利于系统的稳定（在条件成熟的情况下，使外来干扰引起的偏差渐渐缩小而趋于消失）；生物学家一般对负反馈和正反馈的都熟悉，普遍对负反馈调节维持生存的作用有深刻的理解，但对正反馈调节对生长发展的促进作用知之不深，然而，正反馈似乎是引发变化、意外事件、甚至生命本身继续存在的必不可少的条件（在临界条件下，微小的事件会被扩大和增强，而不是趋于消失）；经济学家熟知负反馈，如经济界熟知的报酬递减，而对正反馈，如高科技产品生产的报酬递增现象，则知之不多。此外，工程学领域的自动调节对调节对象来说是被动的，因为调节的水平是人为设定的；生物学和经济学领域的自主调节对调节对象来说是主动的，是不以人的主观意志为转移的。生物系统和经济系统都是复杂系统。正反馈和负反馈复杂地交织在一起构建了它们复杂系统自主调节的框架。不过，经济系统中还叠加了人文因素，因此要较生物系统复杂。; 个人分类: 科学网上晒一晒|4349 次阅读|1 个评论

哲学思考五细菌细胞是复杂系统中的耗散结构: biozhang 2010-5-13 06:04; 张星元：哲学思考五细菌细胞是复杂系统中的耗散结构细菌细胞与它所处的环境形成复杂系统。细菌生命活动的意义就在于其对其环境的自主的响应，细菌细胞在反抗环境压迫与应顺环境变化中生存。细菌细胞自身的有序化及其对环境压迫抵抗均需要能量的支撑和信息的引导，从这个意义上讲，细菌细胞抵抗环境生长或维持生存均需要耗散能量和交换信息。微生物活细胞必须首先将从环境获取的能量（化学能或光能的形式）转化成代谢能，而能量转化和使用的方式和效率则与外在世界变化的信息和自身的遗传信息息息相关。细菌细胞结构及其高度有序的生命状态要靠消耗代谢能来维持；要做到这一点，微生物活细胞必须是能进行能量形式转换的有效的化学反应系统。细胞靠其自身包含的配套结构来行使能量形式转换及能量支撑的功能，而用来再造细胞自身的生物学信息则存在于细胞的遗传物质之中，因此活细胞又是自我复制的系统。综上所述，细菌细胞是它自身与其生存的环境所组成的复杂系统中的耗散结构。; 个人分类: 科学网上晒一晒|4715 次阅读|0 个评论

哲学思考四细菌细胞是典型的耗散结构: biozhang 2010-5-12 15:03; 张星元：哲学思考四细菌细胞是典型的耗散结构细菌细胞的生命活动是朝着有序的方向进行的，有序状态的形成和维持都需要与环境之间有交流的开放的条件；而交换则要靠细胞内外的不平衡来推动。因此，细菌活细胞是个开放系统。细菌细胞与它所处的环境形成复杂系统。为了方便分析细胞与环境的互动，可以把细菌细胞和它的环境划为一个假定的隔离系统，在这个隔离系统内，细菌细胞总是不断地从它的环境汲取营养物质（相对地高焓低熵的基质），经细胞的生物氧化和生物降解获得代谢能（即可供其自身直接利用的能量）和代谢中间物，用以维持细胞结构和高度有序的生命活动过程（即维持细胞的低熵状态的过程）；同时，把细胞内部这种不可逆过程所产生的某些代谢物（相对地低焓高熵的降解产物）和热量排放到环境中去。细菌细胞在与它的环境的物质、能量和信息的连续交换的过程中，保持和发展自身，同时拔高它的环境的熵值，从而保证这个假定的隔离系统的总熵值增加（细胞熵值的减少量小于环境熵值的增加量）。要完成以上过程，细菌活细胞必须是个不平衡的开放系统。细菌细胞靠消耗代谢能来维持细胞的低熵（高度有序）状态。要维持其生命活动，必须有足够的代谢能供其自身消耗。细菌细胞独立存在自主生存，因此它们必须自己解决代谢能的问题，也就是将吸收进来的能源物质在细胞内转变成代谢能的问题。这个过程包括能源吸收和能量形式的转换；以及相对低焓高熵的降解产物和热量的排放，即熵的输出。在生命活动过程中，状态参数的变化如果超过临界值，细胞状态会发生宏观变化，即出现一种新的有序状态（新的代谢格局）。对于微生物细胞这个系统而言，细胞离开平衡状态越远，熵的输出能力越强，细胞结构越稳定，细胞的活力越强。综上所述，细菌活细胞是开放的，远离平衡状态的，系统中物质、能量流与信息流的关系是非线性的；系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。因此，细菌活细胞是一种典型的耗散结构。; 个人分类: 科学网上晒一晒|4503 次阅读|1 个评论

哲学思考三从细菌细胞入手研究生命活动: biozhang 2010-5-12 14:56; 张星元：哲学思考三从细菌细胞入手研究生命活动除了病毒，动物、植物、微生物都是细胞生物，它们与它们各自的环境分别形成对应的复杂系统。细胞生物的生命活动属于复杂性系统的问题。怎么入手研究？从最简单的方位入手。微生物生存单元，一般是个体细胞或细胞串，它们直接面向它们所处的环境，在其所处的环境中独立存在自主生存，较之其他生命形式的细胞生物的生存单元，譬如动、植物个体，有其特殊性。动、植物个体的结构和功能远比单细胞微生物复杂，它们的细胞有分工，如动物的组织细胞存在于组织中，血液和体液情况则更为复杂。科学研究从简单的对象入手，从已经掌握信息的对象起步，从简单的到复杂的，从容易做到的到难以实验的。在细胞生物中，单细胞微生物细菌的细胞结构最简单，内外关系最简单，其生命活动也最容易被观察和实验。所以，从细菌细胞入手研究生物复杂系统的生命活动的规律比较容易得到正确的结果。尽管细菌细胞已经是最简单的细胞生物了，但细菌细胞与它所处的环境组成的系统仍然是复杂系统。; 个人分类: 科学网上晒一晒|4777 次阅读|0 个评论

哲学思考二生物学与经济学是相通的: biozhang 2010-5-12 06:01; 张星元：哲学思考二生物学与经济学是相通的生物系统是复杂系统。每一个生物体自成复杂系统又都是上一级复杂系统的元素，它们根据自己的决策规则选择合适的时机进行生命活动。如果你对微生物活细胞个体和群体的生命活动，特别是对它们的代谢和代谢调控进行深入的研究，你就会发现微生物的生命活动过程始终遵循事物发生和发展的经济原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身生存和发展的最大效益。这个经济原则建立在弗兰克吉尔布雷斯（Frank Bunker Gilbreth）的动作经济原则的基础上。经济系统是复杂系统。每一个经济实体自成复杂系统又都是上一级复杂系统的元素，它们根据自己的决策规则选择合适的时机进行经济活动。在社会经济系统里，市场结构是通过对劳动力（素质、能力），货物和服务的需求来自发地组织和运转的。如果你经营一个企业，你同样会遵循事物发生和发展的经济原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身生存和发展的最大效益。生物学家面对的生物体，哪怕是最简单的细菌细胞也复杂得无法用数学来表达，其未来的动向是难以预测或计算的；经济学家对经济形势的预测除了取决于市场对劳动力，货物和服务的需求，还要叠加上人文因素，更是难上加难。当然，在预测生物学和经济学的问题时，可以在简化或模型化处理后进行。也就是说，把生物学假扮成工程学，在简化不确定因素的情况下推算代谢的方向和代谢的进程；把经济学假扮成物理学，预测经济人会对这样的经济形势做出那样的反应，让他（经济人）按自己的实用功能办事。但这样的生物学和经济学对现实世界来说，没有多少现实意义。生物学和经济学都要研究复杂性理论，复杂性是当今科学界最时髦的辞藻之一。它的出现和流行，体现了当今科学家思考问题角度的转换。思考的角度发生变化后，因为屡屡遭遇复杂性，一些人在遇到难以研究、难以理解的事物或现象时，虽然不再把它们视为神秘，或者捧为艺术，而常将它们推向复杂性。其实，复杂性系统再分割也还是复杂性系统（只是小了一点），复杂性问题再处理也不会改变其复杂性（否则原来就不是复杂性问题）。研究者应该勇于面对复杂性问题，从最简单的方位入手，步步逼近关键节点，最终解决问题。; 个人分类: 科学网上晒一晒|4587 次阅读|0 个评论

哲学思考一生物体和经济实体都是有机体: biozhang 2010-5-12 05:10; 张星元：哲学思考一生物体和经济实体都是有机体生物以生物体的方式存在于它所处的自然环境，经济以经济实体的方式存在于它所处的社会环境。生物体与经济实体说穿了都只是过程，一个过程或一连串过程，比较简单的或比较复杂的过程。过程占有时间和空间，需要信息的引导和能量的支撑。我们说的生物体就是生命有机体，那么经济实体是不是也是有生命的有机体呢？生物体以一定的形态，展现出从病毒、微生物单细胞、多细胞的存在，到动植物个体的存在，所有生物体都在与其环境的物质、能量和信息的连续交换的过程中保持和发展自身，都是有生命的有机体。经济实体，小到一个公司大到经济共同体，都在与其社会环境的物质、能量和信息的连续交换的过程中保持和发展自身。因此经济实体也是一种类似生命有机体的有生命的有机体。判定有机体的依据是一般系统论的创始人貝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）关于生命有机体的三个基本原理，即整体原理、动态原理和自主原理。有机体是相对完整的系统，其个别部分和个别事件受其整体的条件的制约；有机体的生长和发展，在连续变化的过程中发生，通过自我调整来适应变化的环境；有机体具有始终指向其目的的自主活动能力。这些对微生物细胞来说，是完全符合的；对经济实体来说，似乎也是符合的，当然还需经济学学界的认可。; 个人分类: 科学网上晒一晒|5483 次阅读|2 个评论

[转载]洪昆辉:兼容简单性系统与复杂性系统的广义信息理论1: Fangjinqin 2010-4-24 07:37; 兼容简单性系统与复杂性系统的广义信息理论1 本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=304884 学者洪昆辉发表于2010-3-21 11:41:41 有二种不同的广义信息理论需要区别：一种是 80-90 年代诞生的基于概率论的广义信息论，该理论虽然提出了信息的语法、语义和语用问题但仍旧把基础建立在概率信息理论之上，也称为概率论的信息科学；一种是本文提出的基于复杂系统理论的广义信息理论，该理论将涉及多个层次，多个领域和多种类型，既适用于简单系统也适用于复杂系统，特别是适用于智能系统的信息现象，本文把此信息理论称为兼容简单性系统与复杂性系统的广义信息理论。在该理论中信息是分层次界定的，有哲学层次的本体论和认识论的信息界定，有具体科学层次的信息定义，如物理信息、化学信息、生物信息、心理信息、社会信息等具体科学领域的信息对象，还有技术层次的信息对象的界定。在新的广义信息理论中增加了许多现有信息理论所没有的新的概念和新原理：例如，信息按过程分为实有信息、实在信息、实得信息，提出信源、信道和信宿的开放度问题，按人参与的程度将信息分为自然信息、人工信息、混合信息，指出了人工符号信息的双重语义问题，符号信息双重语义之间的信息相通与相互替代关系、复杂系统对信息的重复获得、直接实得、间接实得、信息的语义畸变、语义附加、语义创生等内容，信息的守恒与不守恒问题，信息语义和语用的可能性与现实性问题等。兼容简单性系统与复杂性系统的广义信息理论是统一信息科学理论的探索之一，它可以成为揭示人类创造性思维的信息加工过程的信息学基础。; 个人分类: 学术交流|2369 次阅读|1 个评论

目的学、目的子和目的熵: biozhang 2010-2-8 11:38; 张星元：目的学、目的子和目的熵研究与目的有关的过程行为的学问叫做目的学（Teleonics）。在目的学中，系统是没有物理边界但受信息束缚的过程。人们在目的学中不谈论实体之间的互动，但谈论过程之间的互动。过程是有某种目标、终点或目的地的，它们可以是也可以不是故意确定的。我们把这个为它而去的性质看作目标关联性（goal-relatedness）。过程的信息束缚实际上与目标关联性是密切相关的，其中包括目标寻踪以及目标导向的行为。目的子是一个与目标有关的过程单元（processunit）或系统，是指用来控制指向已经存在的或正在发展中的预定目标的行动（actions）的复杂安排。目的子（teleons）是自主自律（autonomousself-regulating）的、与目标有关的过程系统。它们是由多个子目的子（subteleons）联合起来所形成过程链，或具有单一的共同目的（teleos）的多个行动模式组成。目的子（teleons）是真实的系统，它们确实存在。如分子生物学中的调整子（modulon）、操纵子（operon）等等。目的子的一个重要作用是通过内部的反馈，控制整个活动，以实现既定目标。功能性回路（functionalcircuit），其中包括前馈也包括反馈回路，大体上也是一个目的子（teleon）。目的熵（telentropy）这个词是上个世纪八十年代从teleonomicentropy（目的学的熵）衍生出来的。目的熵只是从熵的不确定含义衍生出来的，名称虽然相似，却没有相关性。目的熵（telentropy）是衡量一个目的子达到其目的不确定程度的参数。不确定程度愈高，目的熵值愈大。目的熵值可以在0和1之间变动。目的熵值为1意味着没有机会到达目标（teleos）。目的熵为0意味着有100％的机会到达目标。当然，在实践中达到目标只能发生一次。目的子因自身内部控制而有一种减小目的熵的趋势。如果不是这样而放任自流的话，就可能导致复杂系统功能失调。; 个人分类: 复杂系统|4555 次阅读|2 个评论

微生物细胞生命活动的复杂性: 热度 1 biozhang 2009-4-18 07:01; 张星元：微生物生命活动的复杂性微生物细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放体系世界上一切物体总是相互作用、相互关联，形成一个整体。世界作为一个整体是无法进行实验和研究的，为了实验和研究的方便，只好从这个整体分隔出一部分（我们感兴趣的部分）来，这样分隔出来的被界面包围的部分（准备进行研究的部分），被称为热力学的体系（或系统），与体系相互作用着的其余部分称为该体系的环境或外界。根据界面的性能可将热力学的体系分成3类：①孤立系统（隔离系统），指与环境既没有物质交换也没有能量交换的系统；②封闭系统，指与环境没有物质交换，但可以有能量交换的系统；③开放系统，指与环境既可有能量交换又可有物质交换的系统。微生物活细胞属于哪一类系统呢？微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，只有在与环境的交换中才能维持细胞结构和生命活动，因此微生物细胞绝不是孤立系统。如果微生物细胞是封闭系统，那么根据熵增加原理，它们（假定的封闭系统）及它们所处的环境组成的孤立系统必将自发地走向混乱，其结果必将是微生物细胞的解体；因为微生物活细胞是客观存在的，所以微生物细胞也不是封闭系统。综上所述，微生物活细胞只能是开放系统。微生物活细胞的生命活动是朝着有序的方向进行的，有序状态的形成和维持都需要与环境之间有交流的、开放的条件；而交换则要靠细胞内外的不平衡来推动。微生物活细胞总是不断地从环境取得营养物质（一般是作为化学能源的低熵物质），在细胞内进行生物氧化，获得代谢能和代谢中间物，同时把细胞内部这样的不可逆过程产生的热量（能量形式转换时耗散的能量）和一部分代谢中间物排放到环境中去，也就是把能量形式转换时发生的混乱（熵增）释放到环境中去。微生物的生存过程就是其自身与环境进行能量交换和物质交换的不平衡的过程，因此，微生物活细胞是不平衡的开放系统。在远离平衡状态下，开放系统在释放熵的同时宏观上走向有序。微生物活细胞靠消耗能量来维持细胞的高度有序（低熵）的状态。为了维持生存或使生物量有所增长，必须有足够的有效能源。如果净的能量输入超过临界值，细胞状态会涌现宏观变化，出现一种新的有序状态（生长或分化）。对于微生物细胞这个系统而言，离开平衡状态越远，产生和输出熵的能力越强，有序化能力越强，细胞结构越稳定，细胞的活力越大。因此，微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放系统。微生物细胞代谢的实质就是实现负熵抑制熵增的过程 1.微生物的生存任何时刻都离不开它的环境热力学的创建在系统学之前。从系统学的角度看，热力学第一定律分析封闭系统的情况：能量既不能创生也不会消灭而只能从一种形式转化成另一种形式；热力学第二定律描述隔离系统中的情况：任何自发过程总是持续熵增而趋向热寂。那么能不能用已有的热力学常识，也就是封闭系统能量守恒，隔离系统持续熵增来解释微生物的生命活动呢？。如前所述，微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放系统，既不属于封闭系统又不属于隔离系统，这样的系统似乎已经超出了经典热力学研究的范围。微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，而且直接面向环境，研究微生物系统必须同时研究它（它们）存在的环境，以及微生物与环境两者的互动关系。绝对不能单独将微生物系统抽出来套用热力学定律。我们应该把微生物细胞和它所处的环境一起作为一个系统（假定这个系统是隔离系统）来考虑。微生物细胞（以化能营养型微生物为例）不断地从环境中获取容易被其利用的营养物质，经代谢将其中的化学能转换为代谢能、在代谢能的支撑下形成代谢中间产物；代谢中间产物的一部分在细胞内可参与生物合成支持生长、分化或维持，其余（较难或不能被利用）作为代谢废物返回给环境。有序的代谢调控促进能量形式的转换，代谢能支撑有序的代谢活动，代谢能形成和使用时，均发生能量的耗散（以热量的形式向环境散发），宏观上表现为有热量放出。 2.热力学中的熵能量在系统空间中的分布（能量状态）通常是不均匀的，有能量梯度存在（如温度梯度，电化学梯度），可以被用来做功。能量梯度可用来做功，因被转换成其他形式的能量而降低，逐渐转变成没用的（做功的利用率较低的或不能做功的能量状态）均衡态，同时将热量不可逆地释放（能量耗散）到环境中去。 entropy是德国物理学家克劳修斯(Rudolf Clausius)在1850年创造的一个术语（中文译为熵），他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量分布完全均匀，那么，这个系统的熵就达到了最大值。 3. 负熵过程是微生物活细胞存在的基础负熵是指系统与环境作交换而引起的系统自身的负熵变（熵值的减少）。负熵总是与系统吸收低熵物、消化低熵物以及产生和排出高熵物的整个过程联系在一起的。微生物活细胞的生长、繁殖或维持的过程，实质上就是实现负熵以抑制熵增的过程；负熵的实现有赖于环境对微生物细胞的供应，以及微生物细胞与其环境的对话和微生物细胞自主的代谢。微生物活细胞实现负熵的过程包括四个过程：①低熵物的输入微生物细胞对环境营养的吸收；②微生物细胞经济的子系统之间的竞争与协同；③熵的产出和高熵物的输出培养物的升温（不能做功的热能的放出）和代谢废物（高熵物）的排出；④信号传输和反馈调节（环境与微生物细胞的对话和细胞自主的生命活动）。微生物细胞之不但不会因持续的熵增而自行解体，相反会因为新陈代谢而使细胞熵值降低（细胞走向一个释放熵的、宏观上有序的状态）；因此，微生物细胞代谢的实质就是实现负熵以抑制熵增的过程。培养的环境条件和营养物质的供应是环境对微生物细胞系统的选择，环境条件的变化可以通过向微生物细胞的输入来控制微生物细胞；而微生物细胞向其环境输出，通过输出影响环境，则是其对环境的反作用。负熵过程体现了微生物细胞与环境的双向选择作用和细胞自主的代谢功能，负熵过程是微生物活细胞存在的基础。微生物细胞是典型的耗散结构 1. 关于能量耗散在摩擦生热的过程中，做机械功的效率较高的机械能转变不能做机械功的热能，这在物理学中就叫能量耗散。微生物细胞的生命活动伴随着有热量产生，这是因为新陈代谢（包括分解代谢和合成代谢）中在能量形式转换（化学能与代谢能之间的转换）的过程中放出不能被自身回用的热能，所以新陈代谢也是一种能量耗散过程。 2. 关于耗散结构经典物理学理论认为，能量最低时，系统最稳定，否则系统将消耗能量产生熵，系统不稳定。耗散结构理论认为在高能量的情况下，开放系统也可以维持稳定。例如生物体，如果套用热力学定理定律，将被认为是一种极不稳定的结构，会因持续的熵增而自行解体；但实际上正好相反，生物体的生命活动始终是宏观有序的。生物体是一种开放的结构，从环境中不断地吸收能量和物质，经新陈代谢而向环境放出熵，以破坏环境的方式保持系统自身的稳定。耗散结构理论认为在开放的远离平衡的条件下，系统通过与外界交换物质与能量，通过能量的耗散和内部非线性动力学机制，可以形成和维持相对稳定的时空有序结构，由于这种有序结构靠不断耗散能量来维持，故称之为耗散结构。 3. 微生物细胞是典型的耗散结构耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。根据耗散结构理论判定，微生物细胞是典型的耗散结构。; 个人分类: 生命系统|8462 次阅读|4 个评论

微生物细胞生命活动的复杂性: biozhang 2009-4-18 07:00; 张星元：微生物生命活动的复杂性微生物细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放体系世界上一切物体总是相互作用、相互关联，形成一个整体。世界作为一个整体是无法进行实验和研究的，为了实验和研究的方便，只好从这个整体分隔出一部分（我们感兴趣的部分）来，这样分隔出来的被界面包围的部分（准备进行研究的部分），被称为热力学的体系（或系统），与体系相互作用着的其余部分称为该体系的环境或外界。根据界面的性能可将热力学的体系分成3类：①孤立系统（隔离系统），指与环境既没有物质交换也没有能量交换的系统；②封闭系统，指与环境没有物质交换，但可以有能量交换的系统；③开放系统，指与环境既可有能量交换又可有物质交换的系统。微生物活细胞属于哪一类系统呢？微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，只有在与环境的交换中才能维持细胞结构和生命活动，因此微生物细胞绝不是孤立系统。如果微生物细胞是封闭系统，那么根据熵增加原理，它们（假定的封闭系统）及它们所处的环境组成的孤立系统必将自发地走向混乱，其结果必将是微生物细胞的解体；因为微生物活细胞是客观存在的，所以微生物细胞也不是封闭系统。综上所述，微生物活细胞只能是开放系统。微生物活细胞的生命活动是朝着有序的方向进行的，有序状态的形成和维持都需要与环境之间有交流的、开放的条件；而交换则要靠细胞内外的不平衡来推动。微生物活细胞总是不断地从环境取得营养物质（一般是作为化学能源的低熵物质），在细胞内进行生物氧化，获得代谢能和代谢中间物，同时把细胞内部这样的不可逆过程产生的热量（能量形式转换时耗散的能量）和一部分代谢中间物排放到环境中去，也就是把能量形式转换时发生的混乱（熵增）释放到环境中去。微生物的生存过程就是其自身与环境进行能量交换和物质交换的不平衡的过程，因此，微生物活细胞是不平衡的开放系统。在远离平衡状态下，开放系统在释放熵的同时宏观上走向有序。微生物活细胞靠消耗能量来维持细胞的高度有序（低熵）的状态。为了维持生存或使生物量有所增长，必须有足够的有效能源。如果净的能量输入超过临界值，细胞状态会涌现宏观变化，出现一种新的有序状态（生长或分化）。对于微生物细胞这个系统而言，离开平衡状态越远，产生和输出熵的能力越强，有序化能力越强，细胞结构越稳定，细胞的活力越大。因此，微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放系统。微生物细胞代谢的实质就是实现负熵抑制熵增的过程 1.微生物的生存任何时刻都离不开它的环境热力学的创建在系统学之前。从系统学的角度看，热力学第一定律分析封闭系统的情况：能量既不能创生也不会消灭而只能从一种形式转化成另一种形式；热力学第二定律描述隔离系统中的情况：任何自发过程总是持续熵增而趋向热寂。那么能不能用已有的热力学常识，也就是封闭系统能量守恒，隔离系统持续熵增来解释微生物的生命活动呢？。如前所述，微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放系统，既不属于封闭系统又不属于隔离系统，这样的系统似乎已经超出了经典热力学研究的范围。微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，而且直接面向环境，研究微生物系统必须同时研究它（它们）存在的环境，以及微生物与环境两者的互动关系。绝对不能单独将微生物系统抽出来套用热力学定律。我们应该把微生物细胞和它所处的环境一起作为一个系统（假定这个系统是隔离系统）来考虑。微生物细胞（以化能营养型微生物为例）不断地从环境中获取容易被其利用的营养物质，经代谢将其中的化学能转换为代谢能、在代谢能的支撑下形成代谢中间产物；代谢中间产物的一部分在细胞内可参与生物合成支持生长、分化或维持，其余（较难或不能被利用）作为代谢废物返回给环境。有序的代谢调控促进能量形式的转换，代谢能支撑有序的代谢活动，代谢能形成和使用时，均发生能量的耗散（以热量的形式向环境散发），宏观上表现为有热量放出。 2.热力学中的熵能量在系统空间中的分布（能量状态）通常是不均匀的，有能量梯度存在（如温度梯度，电化学梯度），可以被用来做功。能量梯度可用来做功，因被转换成其他形式的能量而降低，逐渐转变成没用的（做功的利用率较低的或不能做功的能量状态）均衡态，同时将热量不可逆地释放（能量耗散）到环境中去。 entropy是德国物理学家克劳修斯(Rudolf Clausius)在1850年创造的一个术语（中文译为熵），他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量分布完全均匀，那么，这个系统的熵就达到了最大值。 3. 负熵过程是微生物活细胞存在的基础负熵是指系统与环境作交换而引起的系统自身的负熵变（熵值的减少）。负熵总是与系统吸收低熵物、消化低熵物以及产生和排出高熵物的整个过程联系在一起的。微生物活细胞的生长、繁殖或维持的过程，实质上就是实现负熵以抑制熵增的过程；负熵的实现有赖于环境对微生物细胞的供应，以及微生物细胞与其环境的对话和微生物细胞自主的代谢。微生物活细胞实现负熵的过程包括四个过程：①低熵物的输入微生物细胞对环境营养的吸收；②微生物细胞经济的子系统之间的竞争与协同；③熵的产出和高熵物的输出培养物的升温（不能做功的热能的放出）和代谢废物（高熵物）的排出；④信号传输和反馈调节（环境与微生物细胞的对话和细胞自主的生命活动）。微生物细胞之不但不会因持续的熵增而自行解体，相反会因为新陈代谢而使细胞熵值降低（细胞走向一个释放熵的、宏观上有序的状态）；因此，微生物细胞代谢的实质就是实现负熵以抑制熵增的过程。培养的环境条件和营养物质的供应是环境对微生物细胞系统的选择，环境条件的变化可以通过向微生物细胞的输入来控制微生物细胞；而微生物细胞向其环境输出，通过输出影响环境，则是其对环境的反作用。负熵过程体现了微生物细胞与环境的双向选择作用和细胞自主的代谢功能，负熵过程是微生物活细胞存在的基础。微生物细胞是典型的耗散结构 1. 关于能量耗散在摩擦生热的过程中，做机械功的效率较高的机械能转变不能做机械功的热能，这在物理学中就叫能量耗散。微生物细胞的生命活动伴随着有热量产生，这是因为新陈代谢（包括分解代谢和合成代谢）中在能量形式转换（化学能与代谢能之间的转换）的过程中放出不能被自身回用的热能，所以新陈代谢也是一种能量耗散过程。 2. 关于耗散结构经典物理学理论认为，能量最低时，系统最稳定，否则系统将消耗能量产生熵，系统不稳定。耗散结构理论认为在高能量的情况下，开放系统也可以维持稳定。例如生物体，如果套用热力学定理定律，将被认为是一种极不稳定的结构，会因持续的熵增而自行解体；但实际上正好相反，生物体的生命活动始终是宏观有序的。生物体是一种开放的结构，从环境中不断地吸收能量和物质，经新陈代谢而向环境放出熵，以破坏环境的方式保持系统自身的稳定。耗散结构理论认为在开放的远离平衡的条件下，系统通过与外界交换物质与能量，通过能量的耗散和内部非线性动力学机制，可以形成和维持相对稳定的时空有序结构，由于这种有序结构靠不断耗散能量来维持，故称之为耗散结构。 3. 微生物细胞是典型的耗散结构耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。根据耗散结构理论判定，微生物细胞是典型的耗散结构。; 个人分类: 生命系统|31 次阅读|0 个评论

辨辨味道：“细胞经济”与“经济细胞”: biozhang 2008-11-9 06:55; 张星元：细胞经济与经济细胞当我在网上搜索细胞经济的时候，出现了许多经济细胞的内容，其实两者既有联系，又有区别，这里说几句，与网友交换意见。 1.关于细胞经济微生物生命活动的三个基本假说，首次提出了细胞经济体系的问题和细胞经济的新概念。细胞经济是指微生物活细胞自主地进行新陈代谢的一种特殊的经济运行，最初我把它翻译成celleconomy，或许译成metaboliceconomy更接近我给它的中文含意代谢经济。代谢这个词用在生物学的上下文中，其内涵就只是生命活体的内部过程。活体，譬如微生物细胞，是远离平衡状态的部平衡的开放系统，它们从其环境摄取能量丰富的低熵原料（食品），用于其自身的维持、运作，生长和繁殖，这个过程还必须包括对废弃产物（已被降解的高熵物料）的排放和热量的散发。细胞属于复杂性系统，细胞的生命过程是不可逆的。 2.关于经济细胞经济细胞按汉字字面可译作economiccells，经济细胞强调的是市场经济条件下运行的生产企业，这种用法借用了生物学中细胞一词的某些含义。进入二十世纪以来，随着公司的发展趋于规模化、社会化和国际化，公司逐渐成为了现代社会基本的经济细胞。现代企业是国民经济的细胞,也是小康社会的经济细胞，作为国民经济细胞的企业同样是开放的系统，它的运作与社会的其他系统、与它所处环境的各个方面有着千丝万缕的联系。企业作为一个经济细胞是开放系统，企业经济的发展是不可逆过程。不论是宏观的经济社会发展，还是经济细胞（企业）的运作，都是复杂的运作系统。 3.细胞与现今的生产企业的相似性与本质差异在生物体（biologicalorganisms）细胞与工业实体（Industrialentities）企业之间存在着引人注目的相似，不但因为两者都是由能量流驱动的原料处理系统，而且因为两者都是远离平衡的稳定状态下的自组织耗散系统（dissipativesystems）。自然系统是以封闭循环为表征的，至少对主要营养成分（碳，氧，氮，硫）来说是这样。在这样的封闭循环中，生物学的过程发挥了主要作用。相比之下，工业系统虽然也是开放的，但其中营养（这里指企业的生产原料）转化成废物（这里指企业的产品和排放的废物），没有明显的回收利用。因此，正因为这一点，现今存在的工业系统是不可持续的。; 个人分类: 细胞经济假说|5035 次阅读|0 个评论

对发酵工程的属性的认识的返璞归真: biozhang 2008-5-7 17:18; 张星元：对发酵工程属性的认识的返璞归真　　现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。发酵工程经历了农产手工加工近代发酵工程现代发酵工程三个发展阶段。发酵工程发源于家庭或作坊式的发酵制作（农产手工加工），后来借鉴于化学工程实现了工业化生产（近代发酵工程），最后返璞归真以微生物生命活动为中心研究、设计和指导工业发酵生产（现代发酵工程），跨入生物工程的行列。　　原始的手工作坊式的发酵制作凭借祖先传下来的技巧和经验生产发酵产品，体力劳动繁重，生产规模受到限制，难以实现工业化的生产。于是，发酵界的前人首先求教于化学和化学工程，向农业化学和化学工程学习，对发酵生产工艺进行了规范，用泵和管道等输送方式替代了肩挑手提的人力搬运，以机器生产代替了手工操作，把作坊式的发酵生产成功地推上了工业化生产的水平。发酵生产与化学和化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。　　通过发酵工业化生产的几十年实践，人们逐步认识到发酵工业过程是一个随着时间变化的（时变的）、非线性的、多变量输入和输出的动态的生物学过程，按照化学工程的模式来处理发酵工业生产（特别是大规模生产）的问题，往往难以收到预期的效果。从化学工程的角度来看，发酵罐也就是生产原料发酵的反应器，发酵罐中培养的微生物细胞只是一种催化剂，按化学工程的正统思维，微生物当然难以发挥其生命特有的生产潜力。于是，追溯到作坊式的发酵生产技术的生物学内核（微生物），返璞归真而对发酵工程的属性有了新的认识。发酵工程的生物学属性的认定，使发酵工程的发展有了明确的方向，发酵工程进入了生物工程的范畴。; 个人分类: 发酵工程|7001 次阅读|3 个评论

关于微生物活细胞，星元如是说：: biozhang 2008-4-30 13:39; 张星元：关于微生物活细胞，星元如是说：世界上一切物体总是相互作用、相互关联，形成一个整体。世界作为一个整体是无法进行实验和研究的，为了实验和研究的方便，只好从这个整体分隔出一部分（我们感兴趣的部分）来，这样分隔出来的被界面包围的部分（准备进行研究的部分），被称为热力学的体系（或系统），与体系相互作用着的其余部分称为该体系的环境或外界。根据界面的性能可将热力学的体系分成 3 类： ① 孤立（隔离）体系，指与环境既没有物质交换也没有能量交换的体系； ② 封闭体系，指与环境没有物质交换，但可以有能量交换的体系； ③ 开放体系，指与环境既可有能量交换又可有物质交换的体系。微生物活细胞属于哪一类系统呢？这还得从热力学第二定律说起。德国克劳修斯（ R.E.Clausius ）发现的热力学第二定律（ 1850 年）指出：热量不能自发地由低温物体向高温物体传递。也就是说，热力学系统的自发过程总是向有序性程度减少、无序程度增加（即熵增加）的方向发展。这个定律的经典热力学表述是：在封闭系统及其所处的环境组成的孤立系统中，任何自发过程总是朝着越来越混乱的方向演化。微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，只有在与环境的交换中才能维持细胞结构和生命活动，因此微生物细胞绝不是孤立系统。如果微生物细胞是封闭系统，那么根据熵增加原理，它们及它们所处的环境组成的孤立系统必将自发地走向混乱，其结果必将是微生物细胞的解体；因为微生物活细胞是客观存在的，所以微生物细胞也不是封闭系统。综上所述，微生物活细胞只能是开放体系。微生物活细胞的生命活动是朝着有序的方向进行的，有序状态的形成和维持都需要与环境之间有交流的、开放的条件；而交换则要靠细胞内外的不平衡来推动。微生物活细胞总是不断地从环境取得营养物质（一般是作为化学能源的低熵物质），在细胞内进行生物氧化，获得代谢能和生物合成的代谢中间物，同时把细胞内部这样的不可逆过程产生的热量和一部分降解物排放到环境中去。因此，微生物细胞是不平衡的开放体系。微生物活细胞靠消耗能量来维持细胞的低熵（高度有序）状态。为了维持生存状态或使生物量有所增长，必须有足够的有效能源。如果净的能量输入超过临界值，细胞状态会发生宏观变化，即出现一种新的有序状态（生长）。对于微生物细胞这个系统而言，细胞离开平衡状态越远，混乱的输出能力越强，细胞结构越稳定，细胞的活力越强。因此，微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放体系。; 个人分类: 细胞经济假说|4440 次阅读|0 个评论

进化论与复杂性思维: biozhang 2008-4-3 05:12; 张星元：进化论与复杂性思维生物离不开环境，生物是环境中的生物。交换是生物生存的必要条件。生物的交换应该包括物种与环境之间的交换和环境中的物种之间的交换。微生物独立存在自主生活，直接面向其环境，因此微生物的交换是指微生物细胞与其环境之间的内外交换和环境中的微生物细胞的不同细胞空间之间的内部交换，还要包括微生物细胞与其环境中的其他同种或不同种细胞之间的交换。因此，交换离不开环境。生物在其栖身的环境中竞争。竞争大致有以下三类：①生存竞争，即适者生存，被动的进化；②宽容竞争，即差异生存，主动的进化；③合作竞争，即互惠生存，合作中的竞争。因此，有关竞争问题，还涉及生态系统。生态系统包含多种物种之间、物种与环境之间的相互作用，发生在多种时间尺度、空间尺度和结构功能层次的强烈耦合，造成生物在时间和空间上的多样化。实际上，任何生物都参与由复杂程度不同的生物共同组成的生态系统。生物包括微生物的基因组是从大自然方方面面发来的形形色色的指令的集成，是为应付形形色色的意外情况而逐步形成的遗传编码。经这样多种形式的竞争而幸存下来的野生生物在其所处的环境中是富有竞争能力的。一个半世纪以来，达尔文的进化论一直是生物学的基本理论、并给了整个思想界和人类社会以深刻的影响。达尔文进化论受到牛顿时代以来一直统治着科学的线性的、还原论的思维方式的局限，强调生物物种的个性，强调你死我活的生存竞争，相对地忽视了物种间互相依存的共生关系，即宽容竞争和合作竞争，因此有必要进一步加以完善。如果在生态环境里生物的合作有利于发展，有利于自身生存，就可以建立一条新的思维途径，来说明生物的形式为什么越来越丰富、越来越复杂。覆盖生理学、遗传学和生态学的整体论的思维已为我们理解生物的进化及物种多样性提供了新的思路。生物进化的问题已成为复杂性研究要回答的一个重大问题。复杂性研究将为进化论提供新的动力。; 个人分类: 生命系统|4389 次阅读|1 个评论

细胞经济学说的萌芽（生物学与经济学的交叉,含 ppt）: 热度 1 biozhang 2008-4-3 04:56; 张星元：细胞经济学说的萌芽如果我们不太清楚，讨论讨论，也许能相互促进。 1.经济经济从字面上解释为经世济民、经邦济世，强调的是管理层面。实际上，经济是一种存在于世界万物的运行过程，这个过程遵循事物发展的这个基本原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身发展的最大效益。因此，对于一个整体来说，经济是一种运行状况，经济是基本管理原则；对于个体来讲，经济是操作，经济是谋生术、进步术。 2.经济学经济是商品社会一种最普遍的客观存在，对经济的研究正在不断深入和发展。经济的研究成果经梳理和提炼逐步形成有关经济的学问经济学。经济学已经发展成人文科学与自然科学的一门交叉学科。其研究领域主要包括： ①经济运行原理 ②经济运行过程的管理原则 ③经济运行状况的评估 ④经济运行的导向 3.细胞经济对微生物活细胞个体和群体的生命活动（代谢和代谢调控）进行深入研究，发现微生物的生命活动过程同样遵循事物发展的这个基本原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身发展的最大效益。细菌细胞通过代谢调节自动开源节流的现象，已成为微生物细胞的经济运行的有说服力的证据。事实证明在物竞天择的基础上形成的微生物代谢体系是保障微生物细胞生存的经济体系。从而引出了细胞经济的问题。 4.细胞经济学说的萌芽细胞经济假说博文作者写的《发酵原理》一书中提出了微生物生命活动的三个基本假说，其中第三个假说是细胞经济假说。这个假说是在前两个假说（代谢能支撑假说和代谢网络假说）的基础上提出的，是前两个假说的概括和总结。细胞经济假说：微生物细胞是远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。细胞经济学说在发酵工程领域首先萌芽（点击这里下载 ppt ）基于如下思想认识： ①人类和微生物同样都是地球的居民，在理论上处于平等的地位。尽管人类有思维能力，因此有能力改造微生物，引导微生物的生命活动；然而人类不能随心所欲地支配微生物的生命活动（细胞经济运行）。 ②天然存在的各种微生物物种的生命活动过程不论是造福于人类或危害人类的都是它们按它们自己的生命活动规律（管理原则）进行生存竞争的新陈代谢过程。微生物的天然进化不可能刻意去照顾人类的利益。 ③微生物在生存竞争中进化的总的方向是发展其自身的适应性、经济性和代谢的持续性。微生物生命活动有其自己的生存、发展的保障机制，这些机制（谋生术、进步术）服务于它们自身的生存竞争。 ④微生物的细胞经济的价值取向是自我保障而工业发酵的价值取向是生产效益。在工业生产中，微生物的生存利益与人类的利益，也就是微生物的生命活动规律和人的意志，这两者既是对立的，又是统一的。科学和技术工作的目的就在于努力促使这两者的对立向统一的转化。 ⑤发酵工程的基本矛盾在于：人出于经济利益对微生物代谢的导向与微生物细胞的生存保障体系对这种导向的认同或抵触。微生物细胞的整体协调维持生计的经济管理原则，不但是微生物自身的生存竞争的保障，也是工业发酵成功的保障。遗传改造所造成的不和谐的局面之所以能在人为的培养条件优化的过程中得到化解，就是因为这个细胞经济管理原则于生命运动中始终在起作用。因此，人的意志有可能得到微生物细胞的响应，通过整体协调化解矛盾而维持生计，从而实现天人合一，和谐双赢。 ⑥微生物代谢产物的生物合成必须依靠微生物的高度有序的生命活动；决不是打乱它，而是通过局部扰动，对整体上高度有序的生命活动进行科学的引导（经济运行的导向），以实现新格局下的和谐。因此，人类要借助于微生物为自己服务，就必须研究并遵循微生物的生命活动规律（细胞经济），在可能范围内对微生物的生命活动进行引导，而不是随意将自己的意志强加给微生物。 ⑦在发酵工业中，人客观上处于被动的地位，而微生物在求生存的方向上始终是主动的。对于工业微生物学家和发酵工程师来说，如何在发酵工业生产中调动微生物客观上为人类服务的积极因素，始终是一个挑战性的问题。; 个人分类: 细胞经济假说|7704 次阅读|6 个评论

什么叫发酵学？: biozhang 2008-4-2 16:29; 张星元：什么叫发酵学？从字面上讲就是关于发酵的全部学问，特别是指关于发酵的有系统的主张和见解。人类对发酵的认识，从无意识的发酵到有目的的发酵，有几千年的历史。过去、现在和将来，人类与发酵的关系涉及到衣食住行的方方面面。发酵产品的生产及消费与数学、物理学、化学、天文学、地理学、生物学、文学、历史学、哲学均有联系。发酵产品的生产与数理化天地生密切相关。发酵产品的消费除了与数理化天地生密切相关，还与文史哲密切相关，特别表现在酒和茶的享用方面，即所谓酒文化和茶文化。由此可见，发酵与人类文明密切相关。因此，发酵学是一种跨自然科学和人文科学的学问。发酵产品的生产的学问除了大学的基础课程外，主要包括发酵工程学、发酵工艺学、酿酒工艺学、发酵食品工艺学、发酵过程和设备、发酵生物学原理（简称发酵原理）、发酵工厂设计、沼气发酵等等。发酵产品的消费的学问主要包括发酵产品标准、发酵产品检验、有关药典、仪器分析、有关酒的诗歌和散文、有关茶的诗歌和散文、酒史、茶史、酒经、茶经等等。; 个人分类: 发酵工程|4077 次阅读|1 个评论

研究工业发酵理论的思路（附:录像和ppt）: biozhang 2008-4-2 16:25; 张星元：研究工业发酵理论的思路( 点击这里观看张星元讲课录像 ) 工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为发酵。这样定义的发酵就是工业发酵。微生物是工业发酵的灵魂，没有微生物就没有工业发酵。工业发酵就是通过微生物的生命活动，把发酵原料转化为人类所需要的微生物产品的过程。工业发酵要依靠微生物的生命活动，生命活动依靠生物氧化提供的代谢能来支撑，因此工业发酵应该覆盖微生物生理学中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。近百年来，随着科学技术的进步，工业发酵发生了划时代的变革，已经从利用自然界中原有的微生物进行发酵生产的阶段进入到按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生产人类所需要的发酵产品的新阶段。（1）工业发酵的研究从典型的工业发酵开始最常见的工业发酵一般符合以下三个条件： ①使用的菌种属于化能异养型微生物， ②目的产物属于初级代谢产物或能量代谢副产物， ③目的产物在细胞内生成后被分泌到细胞外。符合以上条件的工业发酵叫做典型的工业发酵。对工业发酵理论的研究从典型的工业发酵开始。第一个台阶，系统地研究化能异养型微生物的工业发酵的理论；第二个台阶，系统地研究其他营养类型微生物的工业发酵的理论；第三个台阶，系统地研究微生物利用碳以外元素工业发酵的理论。（2）工业发酵理论第一个台阶的研究建立了微生物生命活动的三个基本假设（发酵学三假说）。它们是我们改造和利用微生物的理论基础。用这三个基本假设来分析典型的工业发酵，出现了： ①工业发酵的微生物生物机器的新思路，②为工业生产服务的工业发酵若干推理，③工业微生物育种和发酵工艺控制的五字策略。（3）研究工业发酵的思路（点击这里下载 ppt）工业发酵【从一般到特殊】典型的工业发酵【从特殊到一般】细胞机器的概念模式【深入研究以发现自然规律】自然规律（微生物生命活动的三个基本假说）【从一般到特殊：将自然规律运用到典型的工业发酵】细胞机器亚稳态物流模式载流路径五段式五字策略【从特殊到一般】对未来发酵工业生产的预测; 个人分类: 细胞经济假说|4588 次阅读|1 个评论

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标签: 复杂性系统

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