耗散结构为什么能解释生命系统与生态系统

设想光秃秃的地球，太阳的光芒照耀在地球表面，能对地球表面做什么？地球表面的岩石或水体（如果有的话）会吸热，岩石几百年的暴晒可能会开裂，水可能会变热或者变成水蒸气。然而没有大气层的环流，水蒸气很难形成降雨，一切都会那么沉寂，地球只能慢慢吸收来自太阳的热量，然后再以辐射的形式散发到太空，这种熵增是十分缓慢的，也是很多没有大气层的行星的写照。

当有了大气层呢？地面会加热大气层，热而轻的空气处在下层，冷而重的空气处在上层，这本身就是偏离热力学平衡的，热空气会上升，冷空气会下降，是为对流层。由于太阳远远不对的照射，地面源源不断的加热下层空气，对流层就形成了一个冷空气在上、热空气在下不断循环的稳定系统，保持着这种非平衡态，是为耗散结构。

空气的流动会带来风，会带来降雨，将岩石的风化提高了几个数量级，对流层这个耗散结构的存在，无疑加速了太阳能对地球的作用，也使得地球的表面如此与众不同而充满生机。

耗散结构当初的提出一个重要的目的就是为了解释BZ反应（也叫化学振荡、化学钟）。耗散结构的本质，是吸收外界能量以维持自身非热力学平衡的稳态。它本身是一个能量转化器，将单一的能量转化成更多形式的能量，从而做功的形式也多样化。这样势必加速了能量的消耗过程，最终将能量加速转换为整体系统的熵增。耗散结构本身维持低熵，所以环境熵增加速。

从以上分析我们不难看出，耗散结构具有“酶”的特质，这也是为什么耗散结构最终可以用来解释生命系统。生命系统解剖来看，就是一个个串联组合的酶促反应，每一个酶促反应可以看成一个小的化学振荡或者耗散结构，而整个细胞、生命体也是一个耗散结构。我们每天都要吃喝拉撒，以维持我们机体正常运行。而我们的吃喝拉撒，也加速了食物的自然降解。

整个生态系统，也是一个耗散结构。生物多样性的增加，食物链的完善，无疑会使得能量的作用方式更加多样化，更多样的自然或生命物质可以被加速降解。我们发现了巨大的石油与煤矿藏，那可以理解为地质历史上生态系统不够完善时的产物。而我们现代的生态系统，抛开人类活动影响，碳汇与碳源则更加平衡稳定。