自然探索之科学启示备忘录自组织

　　宇宙之中，具有不同尺度的物质之间会受到不同的作用力。在核子尺度，物质受到强或弱相互作用；在原子、分子尺度，物质受到电磁相互作用及对万有引力可感；分子尺度以上的物质，受到万有引力或为相互作用，对电磁作用可感。
　　宇宙之中，物质会呈现出不同的状态物态，或称物质的相。我们已知性状物态分为六类，费米子凝聚态、玻色爱因斯坦凝聚态、固态、液态、气态、离子态。如果计入暗物质、暗能量，则物质有八种态。而这八态之外的物态则是未知的，人类仍需上下而求索。
　　宇宙之中，能量的存在形式决定着物质存在形态，或者说，能量在空间的分布密度决定着物质在相应空间的分布密度，此二者呈现出反向比例关系。也就是说，宇宙能量密度越小，物质在空间的聚集密度越大。
　　能量影响着物态，同样的，能量也决定着生命的存在形态及存在方式，甚至影响着生命的进化。能量使地球的物质发生着流转变化，也开启了物质在生命演化中的自组织运动，物尽天华、生杰地灵，得天独厚、登峰造极。
　　另外，这里补充一个生命起源的第二种可能。在当时的奥尔特云中残存着在星云中形成恒星胚胎时的超级有机分子，其结构形态远比现在地球上的有机分子复杂得多。太阳系内的陨石天体在太阳系引力平衡的过程中飞掠奥尔特云并迂回的过程中，高分子有机物质苟合水分子及其它物质，搭载着陨石碎块撞击地球进入海洋，在胞液中释放就可能进行物质交换形成原始的病毒生命体，而星云中形成复杂结构的有机物质，包含有氨基酸片段的概率是非常高的。比如没有遗传物质的朊病毒，仅仅是氨基酸的组合。亦或是这外来的高分子有机物在胞液中解体并重新进行物质交换形成其它简单生命体形式。原始生命体开始的来源我们暂时无法求证确认，但无论怎样，生命的起源和演化都离不开地球环境的滋养。
　　病毒肆无忌惮地在地球的海洋中潇洒了两亿多年，终于和一次冰河期不期而遇。这冰河期并非我们现在所认识的冰霜雨雪天寒地冻式的气候变化，而是地球表面大气圈以内的温度发生了骤降。在地球地质及生命演化史上，出现过若干次影响程度不同、持续时间有所差距的冰河期现象，在这里需要说明一下冰河期及极端气候的形成。
　　近些年来，尤其是2021年，极端气候肆虐全球。2021年7月份，先是西欧多国发生强降雨引发洪灾；中国内陆省份河南发生超强降雨，24小时内降雨量超过600毫米；同样是7月份，北美洲西北部发生高温灾害，短期持续高温超过50摄氏度。据德国观察（Germanwatch）发布《全球气候风险指数2020》显示，在过去20年中，全球近50万人死于超过1。2万起极端天气事件，而造成的经济损失总计约3。54万亿美元。
　　当前，全世界各国政府及国际组织都在为全球气候变暖而献计献策。1997年12月在日本东京都，由联合国气候变化框架公约国参加并通过三次会议制定的《联合国气候变化框架公约的京都议定书》，其目标是将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平，进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害。2015年12月份，《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上达成《巴黎协定》，为2020年后全球应对气候变化行动作出了安排。这些举措的主要目的就是减少温室气体排放继而阻止或延缓全球变暖。
　　人类的生活生产行为及各个国家的经济发展所进行的有害排放加剧了地球气候变暖、气温升高。然而，目前全世界所采取的行动在我看来也只是延缓这种极端气候变化，却始终无法阻止这种极端变化的趋势。
　　冰河期只是地球地质中遗留的生物演化证据的显而易见的推论结果。事实上，我们当前所经历的全球范围的极端气候在地质演化史上无法得到直接证据，但是这却在历史上一直在发生的事件。
　　具有温室效应的几种气体中，影响最大的温室气体是二氧化碳和水蒸气。长期以来，二氧化碳的温室慢效应积累使得全球气温升高、冰川融化，这又导致海平面升高增加水分蒸发量，而水汽的温室效应是二氧化碳的近三倍，这几乎形成了温室效应的恶性循环。遏制温室气体特别是二氧化碳排放已到了刻不容缓的地步。
　　然而，我认为问题并没有这么简单，也许就在三十年后，我们需要增加温室气体排放以保护地表热辐射。
　　我们知道，维持地球的地质运动及生物进化的能量主要有两个来源，一个是稳定的太阳辐射来源，一个是蕴藏于地球内部能量的释放。影响地表气候骤变必然是能量来源的不确定性所产生的变化量。地球内部有地核、地幔、地壳等结构，这些结构时刻都在以不同的速度摩擦运动着，这种运动催生陆地地表的火山喷发，海洋深处的熔岩喷涌，全球范围内的地震及温泉热量来源等，同时，这些能量释放也伴随着大量的温室及有害气体的释放，比如二氧化碳、硫化物等等。特别是表面占比超过百分之七十的海洋，海底热量释放可以影响到整个地球海洋的运动及温度变化。试想，要想烧开一口锅里的水，显而易见的方法是从锅底部加热，其效率要高得多。海洋底部热量的释放导致海洋的蒸发量增加，大气中水分增加、对流加剧并发生剧烈且持续的降雨，并引发飓风、强降水导致次生灾害。海洋的温度每升降一摄氏度，对整个地球的气候影响巨大。
　　那么，整个地球这个能量的变化量在什么情况下会产生足以影响地球气候剧变呢？太阳的辐射能亿万年来变化量极其小、可忽略，所以，这个变化量只能是地球地质变化的结果。
　　地球地质的变化、地壳的运动、板块的移动没有现成的规律可以依据，但是其蕴涵的能量总是会通过内部空洞及地质间隙或板块离合处释放出来。这些纵横的地质单元在一定时期的运动状态总会有概率处于最大或最小的能量溢出通道，使得内部能量的释放出现一个极大值或者极小值。而某一相当长时期的平均值与这极大值或极小值的差值就是这个变化量的最大绝对值。这个值为负，地球将出现极端气候，冰川融化、海平面升高，海洋水分蒸发量增加形成强对流天气；值为正，地球将迎来冰河期，海平面降低、冰川形成。绝对值越大，出现的状况将越糟糕。
　　要获得具体的变化数据，就必须对全球地质热量的流转以及温度的变化进行测定统计形成具体的分析结果。这个结果将可以预测未来若干年，人类的生产生活，是需要多排放一定量的温室气体来加强温室效应，还是要抑制排放以降低温室效应。当然，具有环境污染的含毒气体物质是无论如何也不能排放的。
　　当前，全人类团结一致以减少温室气体排放来延缓因气温升高导致的全球极端气候变化，当然这只是权宜之计。除此之外，我认为我们还应该做一项更重要的工作，就是进行更为安全稳妥的基础设施建设，以应对未来更加极端的气候变化的到来。
　　我们应该学习自然，以极小的代价换取优质的生活，避免和自然的冲突最终导致我们自己的利益甚至生存受到威胁。
　　冰河期的来临，使得海洋中的生命形式迫于环境变化而发生的适应性的变化，这就是自组织活动。有机物质分子一旦形成了物质交换活动，生命现象就开始了。有机生命在自然的变化中总能找到出路，面对恶劣的环境，应对各种挑战。生命表现出的直接意义，就是勇敢地和自然干架，时至今日依然如此。
　　此时地球表面温度已经降到了一百度左右，但海洋深处的温度仍然很高。病毒分子在洋流的带动下由高温区进入低温区。在低温区，能量显然不能满足这些分子的物质交换活动，大量的分子开始聚集，所有的物质交换活动就在这种聚集的分子团中进行，渐渐的形成了物质交换的集市。在一个个的集市内部，分子之间开始发生缩合反应，有的反应释放热量，有的反应吸收这些热量，而反应的结果就形成结构简单原始的复合型生命形式，但还是病毒。在有的大型集市里，大量不能继续或及时参与物质交换活动的大分子物质聚合成了集市的屏障，形成了病毒的外壳。生命此时进入了更复杂的结构形式。
　　又经历了数千万年的地质及气候变迁，地球表层的温度再次降低。此时海洋中的能量对生命的演化再一次带来了挑战。但这不是事儿，出路总是有的。病毒的外壳演变成了更坚实的壁垒以阻挡热量流失，而在壁垒内部又形成了一套包裹结构，质膜，作为内部分子交换活动的保护和物质供给。这种具有三级结构的独立生命体已经超越了病毒的存在，我们称其为古细菌。早期的古细菌有机械的转录功能，即通过大分子链物质交换达到自我复制目的，但并不能进行胞体分裂，而是经过个体的海域流转进入到合适的环境，再将复制体释放出来独立形成菌壁及质膜。
　　海洋因地质变迁导致的封闭性，地热释放减少。而洋流潮涌致使海洋的热量趋于稳定平衡。古细菌在这样的能量分布下经过长期的演变，形成了自分裂机制，这就是细菌。分裂机制的出现，开启了生命衍化的新纪元。
　　以上对生命起源的推演，主因只有一个，能量的变化。能量的变化导致物质的自组织机制。在宇宙的宏观范围里，能量的变化导致物质在空间上的物理式聚集，即纠缠的凝聚相态。而在地球这样的半封闭系统里，能量的变化导致物质在地质环境中的化学式聚集，即生化的自组织相态。所以，地球生命的起源和衍化，由两条主线索决定其演化走向，一个是决定其微观化学组成的能量流转，一个是决定其宏观有机结构的环境变迁。能量在整个生态系统中的流转越趋于隐蔽，比如能量固化进植物中，那么生物的化学活动越趋于精细化，比如对高能磷化物的使用；环境因为能量的隐蔽性而导致生物体对有机链的竞争，比如微观能量链或宏观食物链的形成，那么生物的有机结构越趋于复杂，比如二十亿年前糖衣的形成导致多细胞生物的出现直至两亿年前结构更为复杂的哺乳动物的出现。自然界的能量隐藏的越深、自然环境演化的越恶劣，生物的化学流转活动将更加精细化及其有机结构将更加复杂化。
　　寒武纪生命大爆发，也定然是这星球天空纯洁的时期。至于寒武爆发的主因，这里推理有三，第一，古菌分解甲烷为二氧化碳及蓝绿藻进行光合作用形成氧气；第二，温度及大气压强适宜于增大氧气的水溶性；第三，地质变化使得大量高价元素离子得以溶于水体，在生物体内可以流转更多的电子及运涵更多的能量以供给细胞分裂使用，比如铁、钙等。这三个过程经历了三十亿年积累，由量变到质变，足以使当时海洋中的所有软体动物硬起来，并在纵横深度不同环境的海域中演化为更多物种。
　　生物进化之道，趋之有，不趋之无；用则立，不用则废。动物体生命活动的直接参与物质需求有两个来源，一个来源于体内的生化活动，一个来源于体外合成后的摄入。比如动物体内重要的生命活动参与物质氨基酸，被分为两类：必需和非必需。非必需氨基酸是动物体内经过较为简单的生化步骤，在有限种类的催化酶的辅助下可以体内合成，并能基本满足体内新陈代谢。必需氨基酸因为合成过程复杂导致在动物体内不能合成，我认为这是两个原因造成的。必需氨基酸的合成所需的催化酶比非必需氨基酸种类更多，这导致合成过程会耗费更多的能量和物质，加重体内新陈代谢，造成物质流转负担；另一方面，在自然界，比如植物体内可以合成全部种类的氨基酸，素食动物在摄入植物的时候，必需氨基酸就会在食物链中大量的流储传递。既然可以简单的从外界摄入氨基酸，而体内合成又复杂多变还可能造成有机体能量流转的不确定性，那就摄入、不用合成了。所以长久以来，动物体的这种机制就退化了、遗忘了。上次我们合成必需氨基酸都不知道是多少亿年以前的事了，亦或许这机制在我们体内根本就没发挥过作用也未可知。
　　如果说宇宙的本质是能量的流转，那么生命就是在演绎这条规律。
　　（未完待续，下一篇《大脑》）