Entrópia és evolúció

 

Ez a rövid tanulmány azt a kérdést taglalja, vajon az evolúció végbe mehetett-e úgy, hogy létezik az Entrópia

 

A természettudomány az élet fogalmát többféleképpen definiálja. Az evolúcióelmélet a mikromerista életfogalom alapján keresi a választ az élet megjelenésének mikéntjére. Ennek alapján arra kell válaszolnunk, hogy hogyan jöttek létre az első anyagcserét végző és önreprodukcióra képes szervezetek. Az evolúcióelmélet földi hipotézisei az élőlények megjelenését legtöbbször a szerves anyagokban bővőlködő hajdani őstengerhez kötik. Arra, hogy ez az “ősleves” valóban létezett-e, nincsenek konkrét bizonyítékok. Létezése mégis elengedhetetlen a természettudomány határain belül eső elméletek esetében, az első életműködéseket mutató anyagi rendszerek létrejötte ugyanis feltételezi, hogy a kialakulásukhoz szükséges szerves molekulák rendelkezésre álljanak. Ezért a szerves molekulák kérdését az élőlények megjelenésének magyarázata előtt kell vizsgálnunk (prebiotikus evolúció).

A szerves anyagok abiotikus úton való létrejöttének lehetősége nemcsak gyakorlati, hanem elméleti kérdéseket is felvet. Ezt azok a vélemények mutatják, amelyek a korábbi évszázadokban elterjedtek voltak. A korabeli tudomány ugyanis azt tartotta, hogy szerves anyag csak élőlények működése során jön létre. Azt feltételezték, hogy az élőlények valamilyen titokzatos energiával rendelkeznek, ami az élethez szükséges. Ezt életerőnek (vis vitalis) nevezték. Az életerő az idők során nagyon sok néven újra és újra felbukkant. Ezt azonosították már a lélek vagy a bibliai szellem fogalommal is. Az evolúcióelméletben szintén felbukkan: “Az evolúció szóval jelöljük a fölfelé törekvésnek azt a jelenségét, azt az új törvényt, amely az anyagba hatol, mint egy első szellemi villám, mint egy parancs, s amely az anyagot fölfelé irányuló mozgásra kényszeríti (Illies, 1978).”

(Chardin elméletében szereplő radiális energia sem más, mint az életerő fogalmának felelevenítése és új, vallásos kontextusba való helyezése.)

Az alapkérdés tehát az, hogy van-e az anyagnak olyan belső tulajdonsága, ami azt a spontán bonyolódás és a felépülés irányába hajtja, vagy nincs. Ha van ilyen természetes erő, akkor a szerves molekulák kialakulása, bonyolódása elképzelhető az élő szervezeteken kívül vagy természetfeletti erő nélkül. Ha a természeti törvények, amelyek az anyag mozgását meghatározzák, nem hatnak a spontán bonyolódás irányába, az első élő szervezetek létrejötte csak természetfeletti úton lehetséges. A bonyolódás akkor nem az anyagból, annak belső tulajdonságaiból fakad, hanem külső erő beavatkozásával.

Ennek a kérdésnek a tárgyalása során nem hagyhatjuk figyelmen kívül a fizika törvényeit. Ezek közül is a legjelentősebb a termodinamika második főtétele, az entrópiatétel. Ez a tétel határozza meg az összes kémiai és fizikai kölcsönhatást. Fonosságáról Arthur Eddington ezt írja: “Ha a teóriádról kiderül, hogy a termodinamika második főtételének ellentmond, semmi másra nem számíthatsz, mint hogy elméleted a legnagyobb megszégyenülés mellett összeomlik (Eddington, 1930).”

Bővebben: “Az a törvény, hogy az entrópia állandóan nő – a termodinamika II. főtétele –, szerintem a természet törvényei között a leghatalmasabb. Ha valaki arra figyelmeztet, hogy a világegyetemről alkotott kedvenc elméleted ellentmond Maxwell egyenleteinek, sebaj, úgy kell a Maxwell-egyenleteknek. Ha ellentmond a megfigyelt tényeknek – ugyan már, ezek a kísérleti fizikusok néha igencsak elszúrják a dolgokat. Ha azonban azt találod, hogy elméleted a termodinamika II. főtételével áll ellentétben, akkor semmi jóval nem biztathatlak; csúfos bukás vár rád.” (Barrow, 1990.)

Az entrópia a rendezetlenség mértékét jelenti. Azt eredményezi, hogy spontán módon csak olyan folyamatok mennek végbe, amelyek egy adott rendszer rendezetlenségének mértékét növelik. A rendezettséget növelő folyamatok nem mennek végbe maguktól, csak energia befektetése mellett. Definíció szerint:

Bármilyen nyitott vagy zárt rendszerben létezik egy olyan tendencia, melynek eredményeképpen a rendszer rendezettlenné válik, és ez a tendencia csak egy információs programmal irányított, külső rendező energiaforrás segítségével tartóztatható fel, illetve fordítható vissza, amennyiben az energia egy bejuttató-tároló-átalakító mechanizmuson keresztül átalakul olyan speciális munkává, amely a rendszer komplex szerkezetének felépítéséhez szükséges (Morris, 1980)”.

Az entrópia jelensége már régóta foglalkoztatja a fizikusokat és a biológusokat egyaránt. Felismerték ugyanis, hogy ha az energia szétszóródik, annak milyen következménye van a világegyetemre nézve. Az Univerzum ún. “hőhalált” szenved. A széthulló anyagi részecskékből energia szabadul fel és szétsugárzódik. Végül az univerzum egy hatalmas rádióadóvá válik, minden anyag elektromágneses hullámokká alakul (Eddington). Más elképzelés szerint miközben a világ az entrópia maximumához közeledik, a változásra való törekvés egyre inkább csökken és ha a maximális entrópia állapota bekövetkezik, akkor nincs többé változás sem: a világ holt állapotba kerül (Clausius,1867). Ez a kérdés több, mint fizikai probléma. Sokan világosan látják, hogy ha ez a tendencia valóban érvényes, akkor az univerzum kezdetekor az energiát valamilyen külső erőnek össze kellett sűrítenie. E szerint az Univerzum olyan, mint egy óra, amit felhúztak és amely fokozatosan lejár. Újraindítása csak újabb külső beavatkozás által lehetséges. Ezért vannak, akik a hőhalál kérdését kimondottan világnézeti problémának tartják (Fényes, 1962). A materialista szemlélet számára ez a jelenség elfogadhatatlan, hiszen az következtethető ki belőle, hogy az anyagnak nem saját belső tulajdonsága a mozgás. Emiatt az entrópiát ma is többféleképpen definiálják. Egyes definíciók szerint zárt, mások szerint izolált rendszerekben figyelhető meg. Ha az Univerzum hőhalálát ki akarjuk kerülni, azt kell feltételeznünk, hogy az Univerzum nyílt rendszer. Ez azonban az anyag- és energiamegmaradás értelmében nincs így, hiszen a jelenlegi felfogás szerint a világ anyagának és energiájának összege állandó. Másrészt, a speciális és általános relativitás elmélete alapján az Univerzum véges (Einstein, 1978).

E kitérő után vizsgáljuk meg, mit jelent az entrópia az élőlények számára. Az anyaggal kapcsolatban megállapítható, hogy a nagyobb rendezettség nagyobb energiatartalmat is jelent. Ez a definícióból következik, hiszen a rendezettség nagyobb mértéke energiabefektetéssel jön létre, mely energia az anyagban tárolódik. Az anyagnak ezt a tulajdonságát használják ki az élőlények az energiaraktározás során, valamint az anyagcserefolyamataikhoz és munkavégzésükhöz szükséges energia nyerése során. A bonyolult szerves molekulák lebontása során energia szabadul fel, míg felépítésükhöz energia szükséges. Az élő szervezetek a szerves anyag előállításához az energiát fotokémiai reakciókból vagy más kémiai reakciókból nyerik.

A nyert energiát két fő célra használják fel. Egyrészt az anyagcserefolyamataik fenntartására, másrészt a saját szerves anyagaik (fehérjék, nukleinsavak, zsírok) frissítésére. Feltehetjük a kérdést, miért van szükség szervezet anyagainak megújítására. Miért nem lehet az, hogy az egyszer már beépített anyagok az egyed élete végéig válozatlanok maradjanak? Ez nagy energiamegtakarítást jelentene.

A magyarázat a következő lehet. Ha valamilyen szerves anyagot magára hagyunk, még nem extrém körülmények között is bomlani kezd. A rendszer állapota a nagyobb rendezettségtől a nagyobb rendezetlenség felé tolódik el. Ilyen spontán bomlási folyamat az élő szervezetekben is megfigyelhető, különösen mivel a belső környezet gyakran “ellenséges” a szerves anyagok számára. Gondolhatunk itt például a különböző folyamatokban felszabaduló szuperoxid gyökökre stb. A szerves anyagok az élőlényekben fokozatosan denaturálódnak.

Az entrópiát ezek alapján olyan fizikai tényezőnek tekinthetjük, amely minden anyagi rendszerre elkerülhetetlenül hat. Ezért pusztán ahhoz, hogy a magas szervezettségű anyagi rendszerek ne hulljanak szét, vagyis azoknak a változatlan állapotban való fenntartásáhz is energiabefektetés szükséges. Azt pedig, hogy szerves anyagok létrejöttéhez energiabefektetésre van szükség, azok a kísérletek is bizonyítják, amelyek során kis szerves molekulákból bonyolultabbak jönnek létre. Miller klasszikus kísérletében metánból, ammóniából, vízből és hidrogénből azért alakulhattak ki aminosavak, mert volt olyan energiaforrás, ami ezt lehetővé tette. (Miller, 1953)

Az abiogén és a biogén szervesanyagszintézis közötti lényeges különbség, hogy abiogén szintézis során a termékek minőségét a kiindulási anyagok és a kísérleti körülmények szabják meg. Ha nincs olyan rendszer, ami a folyamatot irányítsa, a létrejövő termékek “kaotikusak” lesznek. Az élő szervezetekben ez nem engedhető meg: az anyagcsereefolyamatok szigorúan szabályozottak.

 

Barrow, John D. A fizika világképe. Akadémia kiadó, 1990.

Chardin, P. Teilhard de (1973): Az emberi jelenség. Gondolat. 84, 318-332.

Clausius, Rudolf J. E. (1867): A mechanikai hőelmélet második főtételérõl. Braunschweig,

Friedrich. Vieweg und Sohn. cit. Fényes

Eddington, Arthur (1930): The Nature of the Physical World. New York, Macmillen. 74.

Fényes Imre (1962) Entrópia. Gondolat Kiadó. Budapest. 124.

Illies, J. (1978) Die Evolution und der Weg des Menschen – Versuch einer Synthese – Universitas 33,1167-1176.

Barrow, John D. (1990) A fizika világképe. Akadémia kiadó

Einstein, Albert. (1978) A speciális és általános relativitás elmélete. Gondolat Kiadó, Budapest. 49- 54, 103-111.

Miller, S. L. (1953): A production of amino-acids under possible earth conditions. Science. 117, 528-629.

Morris, Henry M. (1980): King of Creation, San Diego, CLP Publishers, 114.

Clausius, Rudolf J. E. (1867): A mechanikai hőelmélet második főtételérõl. Braunschweig, Friedrich. Vieweg und Sohn. cit. Fényes

Értesítést kérek
650
wpDiscuz