激光结构与生命系统的相似性
作者：张岱
单位：锦州医学院，辽宁 锦州 121000
关键词：
医学与哲学000427中图分类号：TN24 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)04-0042-01
60年代末，Frohlich提出了用激光相干性原理解释生命现象的观点，70年代以后，Popp等人根据一系列实验的分析指出：生命系统具有发射受激相干辐射的本领，每个活体细胞类似于一种激光器，几十年许多研究材料表明，激光器与生命系统在结构上有许多相似之处，从激光物理的角度来看，激光器与生命系统产生有序性的原因主要在于两者都是非线性的开放系统。
1 非线性开放系统
激光器的工作物质是由大量偶极子组成，而生命系统是由大量细胞组成，每一个细胞又是由一个带电生物分子构成的极其复杂的带电体系。它们的宏观性质都不能由子系统(偶极子或生物分子)的简单相加而得到，这是因为子系统之间存在着复杂的相互作用，这些相互作用的特征是非线性。
2 粒子数反转
激光器能实现连续地激光输出，是因为它从“能量泵”中不断吸收能量，即它是一个开放系统，生命体更是一个典型的开放系统。著名物理学家诺贝尔奖金获得者薛定谔在其所著《生命是什么?》一书中指出：“生命之所以能存在是因为从环境中不断获得‘负熵’，或者说是进了‘负熵’获得‘有序’以维持自身组织”。薛定谔开拓了以物理语言描述和分析生命的新陈代谢的先河，精辟地论述了新陈代谢的过程是能量，物质吸收过程即实现了粒子数反转。
3 关于亚稳态能级
在激光器中，对激光介质的要求是其存在亚稳态能级。在生命系统中，亚稳态能级是广泛存在的，以核酸中电子激发能的转移方式为例，核酸是大分子，当分子之间距离为5～10 nm时，它以共振转移来传递电子激发能，即靠两个分子之间的电磁相互作用而产生偶联。只要吸收能量的分子的振动电场是在激发分子的振动电场之中，激发分子的电磁振动就会引起分子的同频共振，从而转移电子激发能。由于DNA分子有重复单位和碱基的共扼结构，在各原子团之间的能量就可被其它基因所吸收，整个分子形成一个统一的整体。DNA在复制转录时一旦被启动，整个模板就被活化复制或转录一直进行到终止为止。这时由于共振能很大，亦即能量降低很多，使分子趋向于很稳定的状态。这与作为遗传物质基础的核酸分子在世代相传中和代谢活动中新表现的长期稳定性相一致。这时DNA状态为长寿命的激发三重态，三重态寿命比单态增加100万倍，三重态构成了生物分子的亚稳态，在荧光实验中已经发现了DNA分子的碱基，由于堆垒相互作用只有激发态存在的现象，这种在代谢功能下形成的能级反转分布与在泵浦下激光介质的反转分布是极其相似的。
收稿日期：1999-09-08, http://www.100md.com
单位：锦州医学院，辽宁 锦州 121000
关键词：
医学与哲学000427中图分类号：TN24 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)04-0042-01
60年代末，Frohlich提出了用激光相干性原理解释生命现象的观点，70年代以后，Popp等人根据一系列实验的分析指出：生命系统具有发射受激相干辐射的本领，每个活体细胞类似于一种激光器，几十年许多研究材料表明，激光器与生命系统在结构上有许多相似之处，从激光物理的角度来看，激光器与生命系统产生有序性的原因主要在于两者都是非线性的开放系统。
1 非线性开放系统
激光器的工作物质是由大量偶极子组成，而生命系统是由大量细胞组成，每一个细胞又是由一个带电生物分子构成的极其复杂的带电体系。它们的宏观性质都不能由子系统(偶极子或生物分子)的简单相加而得到，这是因为子系统之间存在着复杂的相互作用，这些相互作用的特征是非线性。
2 粒子数反转
激光器能实现连续地激光输出，是因为它从“能量泵”中不断吸收能量，即它是一个开放系统，生命体更是一个典型的开放系统。著名物理学家诺贝尔奖金获得者薛定谔在其所著《生命是什么?》一书中指出：“生命之所以能存在是因为从环境中不断获得‘负熵’，或者说是进了‘负熵’获得‘有序’以维持自身组织”。薛定谔开拓了以物理语言描述和分析生命的新陈代谢的先河，精辟地论述了新陈代谢的过程是能量，物质吸收过程即实现了粒子数反转。
3 关于亚稳态能级
在激光器中，对激光介质的要求是其存在亚稳态能级。在生命系统中，亚稳态能级是广泛存在的，以核酸中电子激发能的转移方式为例，核酸是大分子，当分子之间距离为5～10 nm时，它以共振转移来传递电子激发能，即靠两个分子之间的电磁相互作用而产生偶联。只要吸收能量的分子的振动电场是在激发分子的振动电场之中，激发分子的电磁振动就会引起分子的同频共振，从而转移电子激发能。由于DNA分子有重复单位和碱基的共扼结构，在各原子团之间的能量就可被其它基因所吸收，整个分子形成一个统一的整体。DNA在复制转录时一旦被启动，整个模板就被活化复制或转录一直进行到终止为止。这时由于共振能很大，亦即能量降低很多，使分子趋向于很稳定的状态。这与作为遗传物质基础的核酸分子在世代相传中和代谢活动中新表现的长期稳定性相一致。这时DNA状态为长寿命的激发三重态，三重态寿命比单态增加100万倍，三重态构成了生物分子的亚稳态，在荧光实验中已经发现了DNA分子的碱基，由于堆垒相互作用只有激发态存在的现象，这种在代谢功能下形成的能级反转分布与在泵浦下激光介质的反转分布是极其相似的。
收稿日期：1999-09-08, http://www.100md.com