[发明专利]一种通过熵变分析生物进化规律的方法

摘要

本发明提供了一种通过熵变分析生物进化规律的方法，该方法包括生物分子有效体积和自由体积概念的引入、熵变函数的定义、有效熵变和自由熵变的计算、生物进化规律的分析等步骤。优选地，在通过熵变分析生物进化规律的步骤中还包括生物分子有效体积和自由体积概念的引入、熵变函数的定义与有效熵变和自由熵变的计算等步骤，经过上述对生物材料有效熵变和自由熵变的计算和分析可获得生物进化规律，并为结构生物学、分子生物学、细胞生物学、发育生物学、遗传学和进化生物学的研究和发展提供一种全新的分析方法和理论指导。

主权项

一种通过熵变分析生物进化规律的方法，其特征在于：（1）、生物分子有效体积和自由体积概念的引入：生物分子的有效体积是指包含生物分子间及内外场对分子作用的空间体积，用表示，生物分子的自由体积是指不受任何相互作用的分子自由活动的空间体积，用表示，对于一个生物材料由于每种生物分子间及内外场对分子作用都不同，每种生物分子的有效体积都将不相同，但其平均值即平均有效体积却是一定的，可以通过统计热力学的方法理论计算得到，同理每种生物分子的平均自由体积也是确定的，可以通过实验测得生物材料的总体积扣除每种生物分子的平均有效体积数学计算得到；（2）、熵变函数的定义：熵变函数被定义为：式中，K，是玻尔兹曼常数Ω, 是一个生物材料的微观状态数，J/mol∙K，是摩尔气体常数，是第i种生物分子的质量，是第i种生物分子的摩尔质量，和分别是第i种生物分子的任意两种状态的平均自由体积，和分别是第i种生物分子的任意两种状态的平均有效体积，是有效熵变，是自由熵变；（3）、生物材料有效熵变和自由熵变的计算：基于步骤(1)中生物材料中各种生物分子平均有效体积的理论计算和平均自由体积的数学计算结果，分别代入熵变函数和，可以分别得到生物材料的有效熵变和自由熵变；（4）、生物进化规律的分析：生物进化规律是生物分子有序性和无序性两种倾向相互竞争决定的，相互作用是有序性的起因并引起熵减小，即，分子热运动是无序性的来源并引起自发的熵增加，即，通过熵变分析生物进化规律可以概括为：I. 现代地质学和地球物理学大致上都认为地球的天文年龄大约在45.4亿年，在如此漫长的时间跨度中生物材料在各历史时期各种显著不同的内外场协同作用下，逐渐从无机小分子聚合成有机大分子，从有机大分子逐渐形成亚细胞结构，从亚细胞结构渐进演变发展到低等单细胞原核生物，经过物种淘汰和物种产生最终大进化成多样性的高等多细胞真核生物；II. 在生物进化的整个过程中，随着内外场协同作用的增大，生物分子的分子量和平均有效体积都将逐渐增大而平均自由体积将减小且，生物材料的熵变，从而引起生物分子的聚合并伴随着种类和数量的减少、构型和空间构象的显著改变，反之亦然，从分子层面表现为生物基因的全基因组随机突变和自然选择，从个体层面表现为遗传变异、从群体层面表现为新物种的生成而从种群层面表现为多样性的生物大进化；III. 当生物分子间及内外场的相互作用达到某种动态平衡时，分子的平均有效体积达到某一临界值，平均自由体积也将不变，生物材料的熵变，生物分子的种类、数量、构型和空间构象将稳定不变，从分子层面表现为生物遗传基因序列的保守性及其它生物大分子构型、空间构象和功能的相对稳定性，从个体、群体和种群层面表现为生物的遗传稳定性。