生命系统

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由生命物质所组成的系统叫做生命系统,是自然系统的最高形式。其典型特征是能独立与其所处的环境进行物质与能量交换,并在此基础上实现内部的有序性、发展与繁殖。从时空尺度上包括生态圈、生态系统、群落、种群、个体等,从对象性质上可分为植物系统、动物系统、微生物系统等。生命系统是由非生命系统发展而来的,它是物质世界由简单到复杂、由低级到高级发展的产物。类生命系统是指具备真实生命系统的部分或全部特征的非生命系统,例如人工生命系统或者合成生命系统。

目录

生命系统的典型特征

生命系统通常具备如下典型特征

新陈代谢

生命系统是一个开放系统,它接受太阳能流的辐射,不断地与外界进行物质和能量的交换并且通过食物链所构成的营养结构在系统内部作定向、有规律的传输、转化,一部分被系统吸收用以形成和维持特定的结构与功能,另一部分从系统输出,实现新陈代谢、自我更新。薛定谔指出,“生命体之所以能存在,就在于从环境中不断得到‘负熵’”。因此,生命系统作为典型的自组织系统,展现出从简单到复杂、有低级到高级的演化进程,在结构和功能上都更加有序。


自我繁殖

生命系统往往具备复制其自身的能力,这种能力构成了生命生生不息、进化繁衍的基础。

进化

生命系统都在经历达尔文式的进化论,即物竞天择、自然选择。通过持续的遗传基因变异,生命系统能够演化出越来越多样化的功能,从而在自然选择的筛选之下,形成特定的表现型,并稳定地在环境中存在。

类生命系统

类生命系统是指那些具备部分或全部生命特征的非生命系统,例如人工生命或者合成生命等。这类系统将生命的本质属性,例如新陈代谢、自我繁殖和进化提炼出来,赋予到一些人工系统中,从而让这样的人工系统具备生命特征。

例如,遗传算法就是将真实生物的遗传选择、生物进化的特征提炼出来赋予给计算机程序系统,从而实现类似真实生物的进化特征,用以解决优化问题求解、规划、自动编程等问题。

研究历史

米勒的生命起源实验和生命理论

1953年,美国芝加哥大学的研究生米勒(James Grier Miller)在其导师尤利(H.C.Urey)指导下完成了著名的米勒实验,即模拟原始地球的大气环境,从而合成出原始生命需要的氨基酸等基本物质,从而论证生命的起源理论。

之后,米勒于1978年的时候完成了一本1102页的书来表达他的生命理论。他通过聚焦在物理时空中,能量与物质的非随机积累这一特定的具体系统来构建他的一般的生命系统理论。在该理论中,他提出了一种八层次结构模型,每一种嵌套结构都包含了下一个结构。

自创生理论

自创生理论是由智利科学家Maturana和Varela于1972年提出来的一种生命系统理论。他们观察到细胞就是一个自我生产的系统(Autopoietic system),也就是说系统的任何一个部件都是由系统内部的其它部件生产的;并且系统能够产生与环境相区分的边界,这个边界也是由系统内部的部件产生的。

人工生命理论

人工生命(Artificial life)是由朗顿(Christopher langton)于1986年最先命名的研究领域,它力图用人工的方式(例如计算机模拟)来再现生命系统的基本特征和组织形式,从而帮助我们理解生命现象,包括自繁殖、进化、新陈代谢等。

参考文献

  • von Neumann, John; Burks, Arthur W. (1966), Theory of Self-Reproducing Automata. (Scanned book online), University of Illinois Press, retrieved 2017-02-28
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