Systems theory, thermodynamics and life: Integrated thinking across ecology, organization and biological evolution.

生命系统 多细胞生物 生态学 热力学第二定律 熵(时间箭头) 自组织 自然发生 统计物理学 生物 物理 生物化学 遗传学 量子力学 基因
作者
Keith R. Skene
出处
期刊:BioSystems [Elsevier]
卷期号:236: 105123-105123 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.biosystems.2024.105123
摘要

In this paper we explore the relevance and integration of system theory and thermodynamics in terms of the Earth system. It is proposed that together, these fields explain the evolution, organization, functionality and directionality of life on Earth. We begin by summarizing historical and current thinking on the definition of life itself. We then investigate the evidence for a single unit of life. Given that any definition of life and its levels of organization are intertwined, we explore how the Earth system is structured and functions from an energetic perspective, by outlining relevant thermodynamic theory relating to molecular, metabolic, cellular, individual, population, species, ecosystem and biome organization. We next investigate the fundamental relationships between systems theory and thermodynamics in terms of the Earth system, examining the key characteristics of self-assembly, self-organization (including autonomy), emergence, non-linearity, feedback and sub-optimality. Finally, we examine the relevance of systems theory and thermodynamics with reference to two specific aspects: the tempo and directionality of evolution and the directional and predictable process of ecological succession. We discuss the importance of the entropic drive in understanding altruism, multicellularity, mutualistic and antagonistic relationships and how maximum entropy production theory may explain patterns thought to evidence the intermediate disturbance hypothesis.

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