熵和生命 - 版本历史

2021年10月24日 (日) 15:21 薄荷

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吉布斯自由能与生物进化

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-年，物理学家Karo Michaelian发表了关于生命起源的热力学耗散理论<ref name=":0">{{Cite journal|last=Michaelian|first=Karo|title=Thermodynamic Origin of Life|year=2009|doi=10.5194/esd-2-37-2011|url=https://arxiv.org/abs/0907.0042|url-status=live|archive-url=|archive-date=|access-date=|arxiv=0907.0042|s2cid=14574109}}</ref><ref name=":1">{{Cite journal|last=Michaelian|first=K.|date=2011-03-11|title=Thermodynamic dissipation theory for the origin of life|url=https://esd.copernicus.org/articles/2/37/2011/|journal=Earth System Dynamics|language=English|volume=2|issue=1|pages=37–51|doi=10.5194/esd-2-37-2011|s2cid=14574109|issn=2190-4979}}</ref>，其中生命的基本分子，核酸、氨基酸、碳水化合物（糖）和脂类最初被认为是在海洋表面产生的类似色素的某种微观耗散结构（如普里戈金耗散结构 <ref name=":15">{{Cite book|last=Prigogine, I. (Ilya)|url=http://worldcat.org/oclc/1171126768|title=Introduction to thermodynamics of irreversible processes|date=1967|publisher=Interscience|oclc=1171126768}}</ref>），它们吸收太古代期间到达地球表面的太阳光紫外线通量，并将其散发为热量，其外表看起来就像有机色素一样。这些分子在太阳光的紫外线的作用下，由较常见和较简单的分子（如HCN 和 H<sub>2</sub>O）形成光化学耗散结构 <ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":16">{{Cite journal|last=Michaelian|first=Karo|date=2017-08-22|title=Microscopic Dissipative Structuring at the Origin of Life|url=http://dx.doi.org/10.1101/179382|access-date=2020-10-05|website=dx.doi.org|doi=10.1101/179382|s2cid=12239645}}</ref>。此时原始色素（即生命的基本分子）的热力学功能是在太阳辐射下增加初期生物圈的熵，事实上，这仍然是生物圈今天最重要的热力学功能，但现在主要是在可见光区域，那里辐射强度更高，化合物合成途径更复杂，允许色素利用低能量的可见光而不仅限于到达地球表面的紫外线合成化合物。
+年，物理学家Karo Michaelian发表了关于生命起源的热力学耗散理论<ref name=":0">{{Cite journal|last=Michaelian|first=Karo|title=Thermodynamic Origin of Life|year=2009|doi=10.5194/esd-2-37-2011|url=https://arxiv.org/abs/0907.0042|url-status=live|archive-url=|archive-date=|access-date=|arxiv=0907.0042}}</ref><ref name=":1">{{Cite journal|last=Michaelian|first=K.|date=2011-03-11|title=Thermodynamic dissipation theory for the origin of life|url=https://esd.copernicus.org/articles/2/37/2011/|journal=Earth System Dynamics|language=English|volume=2|issue=1|pages=37–51|doi=10.5194/esd-2-37-2011|issn=2190-4979}}</ref>，其中生命的基本分子，核酸、氨基酸、碳水化合物（糖）和脂类最初被认为是在海洋表面产生的类似色素的某种微观耗散结构（如普里戈金耗散结构 <ref name=":15">{{Cite book|last=Prigogine, I. (Ilya)|url=http://worldcat.org/oclc/1171126768|title=Introduction to thermodynamics of irreversible processes|date=1967|publisher=Interscience|oclc=1171126768}}</ref>），它们吸收太古代期间到达地球表面的太阳光紫外线通量，并将其散发为热量，其外表看起来就像有机色素一样。这些分子在太阳光的紫外线的作用下，由较常见和较简单的分子（如HCN 和 H<sub>2</sub>O）形成光化学耗散结构 <ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":16">{{Cite journal|last=Michaelian|first=Karo|date=2017-08-22|title=Microscopic Dissipative Structuring at the Origin of Life|url=http://dx.doi.org/10.1101/179382|access-date=2020-10-05|website=dx.doi.org|doi=10.1101/179382}}</ref>。此时原始色素（即生命的基本分子）的热力学功能是在太阳辐射下增加初期生物圈的熵，事实上，这仍然是生物圈今天最重要的热力学功能，但现在主要是在可见光区域，那里辐射强度更高，化合物合成途径更复杂，允许色素利用低能量的可见光而不仅限于到达地球表面的紫外线合成化合物。
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 ==心理学中的熵==
-受到了埃尔温·薛定谔的启发，熵作为无序的概念已经由波兰精神病学家 Antoni Kępiński从热力学应用于心理学。<ref name="kepinski1972c">{{cite book|last1=Kępiński|first1=Antoni|title=Rhythm of life (in Polish)|date=1972|publisher=Wydawnictwo Literackie|location=Kraków}}</ref>在他为解释精神障碍而提出的理论框架(信息代谢理论)中，生命体和其他系统的区别在于维持秩序的能力。与无生命物质相反，有机体维持着它们的身体结构和内部世界的特定秩序，并且这些秩序强加于它们的周围环境并传递给下一代。有机体或物种的生命一旦失去这种能力就会死亡<ref name="pietrak2018">{{cite journal|last1=Pietrak|first1=Karol|title=The foundations of socionics - a review.|journal=Cognitive Systems Research|volume=47|year=2018|pages=1–11|doi=10.1016/J.COGSYS.2017.07.001|s2cid=34672774}}</ref> ，而维持这种秩序需要生物体与其周围环境之间不断地交换信息。在高等生命体中，信息主要通过感觉受体获得，并在神经系统中进行代谢，其结果是行动——即某种形式的运动，例如运动、说话、器官的内部运动、激素的分泌等等，这意味着一个有机体的反应成为给其他有机体的信号。因为到达生物体的信号必须是有结构的，所以只有在存在层次结构的情况下，信息新陈代谢允许生命系统维持秩序才成为可能。而在人类身上存在三个结构层次，即生理，情感和社会文化。<ref name="schochow2016"> {{cite journal|last1=Schochow|first1=Maximilian|last2=Steger|first2=Florian|title=Antoni Kepiński (1918–1972), pioneer of post-traumatic stress disorder|journal=The British Journal of Psychiatry|volume=208|issue=6|year=2016|pages=590|doi=10.1192/bjp.bp.115.168237|pmid=27251694|doi-access=free}}</ref>Kępiński 解释了扭曲的结构层次是如何引起各种各样的精神障碍的，并且可以通过治疗恢复精神健康。<ref name="bulaczek2013">{{cite journal|last1=Bulaczek|first1=Aleksandra|title=Relations patient – doctor in axiological psychiatry of Antoni Kępiński (in Polish)|journal=Studia Ecologiae et Bioethicae UKSW|date=2013|volume=11|issue=2|pages=9–28|doi=10.21697/seb.2013.11.2.01|url=http://cejsh.icm.edu.pl/cejsh/element/bwmeta1.element.desklight-37c5d3a1-9ee9-49e4-b9d1-287df1ef3a58/c/tom_11_2_1_aleksandra_bulaczek_relacje_pacjent_lekarz_w_psychiatrii_aksjologicznej_antoniego_kepinskiego.pdf}}</ref>
+受到了埃尔温·薛定谔的启发，熵作为无序的概念已经由波兰精神病学家 Antoni Kępiński从热力学应用于心理学。<ref name="kepinski1972c">{{cite book|last1=Kępiński|first1=Antoni|title=Rhythm of life (in Polish)|date=1972|publisher=Wydawnictwo Literackie|location=Kraków}}</ref>在他为解释精神障碍而提出的理论框架(信息代谢理论)中，生命体和其他系统的区别在于维持秩序的能力。与无生命物质相反，有机体维持着它们的身体结构和内部世界的特定秩序，并且这些秩序强加于它们的周围环境并传递给下一代。有机体或物种的生命一旦失去这种能力就会死亡<ref name="pietrak2018">{{cite journal|last1=Pietrak|first1=Karol|title=The foundations of socionics - a review.|journal=Cognitive Systems Research|volume=47|year=2018|pages=1–11|doi=10.1016/J.COGSYS.2017.07.001}}</ref> ，而维持这种秩序需要生物体与其周围环境之间不断地交换信息。在高等生命体中，信息主要通过感觉受体获得，并在神经系统中进行代谢，其结果是行动——即某种形式的运动，例如运动、说话、器官的内部运动、激素的分泌等等，这意味着一个有机体的反应成为给其他有机体的信号。因为到达生物体的信号必须是有结构的，所以只有在存在层次结构的情况下，信息新陈代谢允许生命系统维持秩序才成为可能。而在人类身上存在三个结构层次，即生理，情感和社会文化。<ref name="schochow2016"> {{cite journal|last1=Schochow|first1=Maximilian|last2=Steger|first2=Florian|title=Antoni Kepiński (1918–1972), pioneer of post-traumatic stress disorder|journal=The British Journal of Psychiatry|volume=208|issue=6|year=2016|pages=590|doi=10.1192/bjp.bp.115.168237|pmid=27251694|doi-access=free}}</ref>Kępiński 解释了扭曲的结构层次是如何引起各种各样的精神障碍的，并且可以通过治疗恢复精神健康。<ref name="bulaczek2013">{{cite journal|last1=Bulaczek|first1=Aleksandra|title=Relations patient – doctor in axiological psychiatry of Antoni Kępiński (in Polish)|journal=Studia Ecologiae et Bioethicae UKSW|date=2013|volume=11|issue=2|pages=9–28|doi=10.21697/seb.2013.11.2.01|url=http://cejsh.icm.edu.pl/cejsh/element/bwmeta1.element.desklight-37c5d3a1-9ee9-49e4-b9d1-287df1ef3a58/c/tom_11_2_1_aleksandra_bulaczek_relacje_pacjent_lekarz_w_psychiatrii_aksjologicznej_antoniego_kepinskiego.pdf}}</ref>

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−	2009年，物理学家Karo Michaelian发表了关于生命起源的热力学耗散理论<ref name=":0">{{Cite journal\|last=Michaelian\|first=Karo\|title=Thermodynamic Origin of Life\|year=2009\|doi=10.5194/esd-2-37-2011\|url=https://arxiv.org/abs/0907.0042\|url-status=live\|archive-url=\|archive-date=\|access-date=\|arxiv=0907.0042\|s2cid=14574109}}</ref><ref name=":1">{{Cite journal\|last=Michaelian\|first=K.\|date=2011-03-11\|title=Thermodynamic dissipation theory for the origin of life\|url=https://esd.copernicus.org/articles/2/37/2011/\|journal=Earth System Dynamics\|language=English\|volume=2\|issue=1\|pages=37–51\|doi=10.5194/esd-2-37-2011\|s2cid=14574109\|issn=2190-4979}}</ref>，其中生命的基本分子，核酸、氨基酸、碳水化合物（糖）和脂类最初被认为是在海洋表面产生的类似色素的某种微观耗散结构（如普里戈金耗散结构 <ref name=":15" />），它们吸收太古代期间到达地球表面的太阳光紫外线通量，并将其散发为热量，其外表看起来就像有机色素一样。这些分子在太阳光的紫外线的作用下，由较常见和较简单的分子（如HCN 和 H<sub>2</sub>O）形成光化学耗散结构 <ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":16">{{Cite journal\|last=Michaelian\|first=Karo\|date=2017-08-22\|title=Microscopic Dissipative Structuring at the Origin of Life\|url=http://dx.doi.org/10.1101/179382\|access-date=2020-10-05\|website=dx.doi.org\|doi=10.1101/179382\|s2cid=12239645}}</ref>。此时原始色素（即生命的基本分子）的热力学功能是在太阳辐射下增加初期生物圈的熵，事实上，这仍然是生物圈今天最重要的热力学功能，但现在主要是在可见光区域，那里辐射强度更高，化合物合成途径更复杂，允许色素利用低能量的可见光而不仅限于到达地球表面的紫外线合成化合物。	+	2009年，物理学家Karo Michaelian发表了关于生命起源的热力学耗散理论<ref name=":0">{{Cite journal\|last=Michaelian\|first=Karo\|title=Thermodynamic Origin of Life\|year=2009\|doi=10.5194/esd-2-37-2011\|url=https://arxiv.org/abs/0907.0042\|url-status=live\|archive-url=\|archive-date=\|access-date=\|arxiv=0907.0042\|s2cid=14574109}}</ref><ref name=":1">{{Cite journal\|last=Michaelian\|first=K.\|date=2011-03-11\|title=Thermodynamic dissipation theory for the origin of life\|url=https://esd.copernicus.org/articles/2/37/2011/\|journal=Earth System Dynamics\|language=English\|volume=2\|issue=1\|pages=37–51\|doi=10.5194/esd-2-37-2011\|s2cid=14574109\|issn=2190-4979}}</ref>，其中生命的基本分子，核酸、氨基酸、碳水化合物（糖）和脂类最初被认为是在海洋表面产生的类似色素的某种微观耗散结构（如普里戈金耗散结构 <ref name=":15">{{Cite book\|last=Prigogine, I. (Ilya)\|url=http://worldcat.org/oclc/1171126768\|title=Introduction to thermodynamics of irreversible processes\|date=1967\|publisher=Interscience\|oclc=1171126768}}</ref>），它们吸收太古代期间到达地球表面的太阳光紫外线通量，并将其散发为热量，其外表看起来就像有机色素一样。这些分子在太阳光的紫外线的作用下，由较常见和较简单的分子（如HCN 和 H<sub>2</sub>O）形成光化学耗散结构 <ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":16">{{Cite journal\|last=Michaelian\|first=Karo\|date=2017-08-22\|title=Microscopic Dissipative Structuring at the Origin of Life\|url=http://dx.doi.org/10.1101/179382\|access-date=2020-10-05\|website=dx.doi.org\|doi=10.1101/179382\|s2cid=12239645}}</ref>。此时原始色素（即生命的基本分子）的热力学功能是在太阳辐射下增加初期生物圈的熵，事实上，这仍然是生物圈今天最重要的热力学功能，但现在主要是在可见光区域，那里辐射强度更高，化合物合成途径更复杂，允许色素利用低能量的可见光而不仅限于到达地球表面的紫外线合成化合物。

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 McCulloh例举了这两个定律——即现在总所周知的[[能量守恒定律]]和[[热力学第二定律]]，它们的应用数不胜数:
-<blockquote>当我们反思物理现象如何普遍地与热变化和关系联系在一起时，很明显，几乎没有自然科学的分支或多或少地依赖于所考虑的伟大真理。因此，在很短的时间内，自热力学理论被自由采用以来，还不到一代人的时间，物理科学的整个分支都被它彻底改变了，这也不应该令人惊讶。<ref name="McCulloch1876"/></blockquote>
+<blockquote>当我们反思物理现象如何普遍地与热变化和关系联系在一起时，很明显，几乎没有自然科学的分支或多或少地依赖于所考虑的伟大真理。因此，在很短的时间内，自热力学理论被自由采用以来，还不到一代人的时间，物理科学的整个分支都被它彻底改变了，这也不应该令人惊讶。<ref name="McCulloch1876">{{cite book|last=McCulloch|first=Richard Sears|title=Treatise on the mechanical theory of heat and its applications to the steam-engine, etc.|url=https://books.google.com/books?id=96AAAAAAMAAJ|location=New York|publisher=D. Van Nostrand|year=1876}}</ref></blockquote>
 McCulloh为了说明这些定律的适用范围和实际效用，给出了一些被他称之为“更有趣的例子” 。他举的第一个例子有关生理学，他指出，“动物的身体实质上就是一个热机，食物消耗过程跟蒸汽机或火车头的燃料燃烧过程正是类似的，因为这二者的化学过程是相同的: 即所谓的燃烧。”然后他把Antoine-Laurent de Lavoisier的呼吸理论与消化、排泄和排汗的循环结合起来进行讨论，发现新的理论与拉瓦锡的理论相矛盾，比如根据新的热理论，内部热量是由于摩擦而产生，McCulloh指出：“身体的热量一般均匀地扩散，而不是集中在胸部”。随后McCulloh又针对于热力学第二定律举了一个例子，他断言只要有摩擦，尤其是小血管内的摩擦，一定会产生热量。毫无疑问，动物体内的部分热量就是这样产生的。他问道: “但是因摩擦而消耗的能量从何而来，而这个过程本身又该怎么理解呢? ”

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 ====[https://campus.swarma.org/course/2308 生命复杂系统动力学]====
 生命是由分子、细胞、组织等不同层次生命物质所构成。其中，细胞作为蛋白质等生物大分子构成的复杂系统，生物大分子在细胞内的运动是代谢、信号传导生命功能的物理基础，揭示它们之间的关系具有极其重要的科学意义。然而，如何精确观测不同层次生命物质的动态过程、刻画其动力学行为、理解其隐藏的功能机理以及多层次间的相互关联，都亟待研究者解决。为此，我们搭建了单分子荧光动态成像平台，提出了特有的测量细胞内扩散、主动运输的动力学研究方法。在分子、细胞尺度开展了一系列复杂动力学研究，发掘其与细胞功能、结构特征以及外界微环境等方面的内在关联，从物理角度理解真实生命过程。
 ===集智相关文章===

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 ==推荐阅读==
-* Schneider, E. and [[Dorion Sagan|Sagan, D.]] (2005).  ''[http://www.press.uchicago.edu/ucp/books/book/chicago/I/bo3533936.html Into the Cool: Energy Flow, Thermodynamics, and Life]''. University of Chicago Press, Chicago.
+* Schneider, E. and Dorion Sagan (2005).  ''[http://www.press.uchicago.edu/ucp/books/book/chicago/I/bo3533936.html Into the Cool: Energy Flow, Thermodynamics, and Life]''. University of Chicago Press, Chicago.
 * {{cite journal | last1 = Kapusta | first1 = A | year = 2007 | title = Life circle, time and the self in Antoni Kępiński's conception of information metabolism | url = http://vddb.library.lt/fedora/get/LT-eLABa-0001:J.04~2007~ISSN_0235-7186.V_18.N_1.PG_44-49/DS.002.1.01.ARTIC | journal = Filosofija. Sociologija | volume = 18 | issue = 1| pages = 46–51 }}
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 * La Cerra, P. (2003). [http://human-nature.com/nibbs/03/lacerra.pdf ''The First Law of Psychology is the Second Law of Thermodynamics: The Energetic Evolutionary Model of the Mind and the Generation of Human Psychological Phenomena''], Human Nature Review 3: 440–447.
-* Moroz, A. (2011). [http://www.sciencedirect.com/science/book/9780123851871 ''The Common Extremalities in Biology and Physics'']. Elsevier Insights, NY. {{ISBN|978-0-12-385187-1}}
+* Moroz, A. (2011). [http://www.sciencedirect.com/science/book/9780123851871 ''The Common Extremalities in Biology and Physics'']. Elsevier Insights, NY.
 ==编者推荐==

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 其中
-<math> G = </math> 代表吉布斯自由能；
+:<math> G = </math> 代表吉布斯自由能；
-<math> H = </math>代表热力学系统的焓；
+:<math> H = </math>代表热力学系统的焓；
-<math> T = </math>代表绝对温度；
+:<math> T = </math>代表绝对温度；
-<math> S = </math> 代表熵。
+:<math> S = </math> 代表熵。
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 在皇家学会学报上发表的一篇题为《最小行动的自然选择 Natural selection for least action》的研究中，赫尔辛基大学的 Ville Kaila 和 Arto Annila 描述了如何从连通的非平衡开放系统的热力学第二定律方程式的表达式上，直接从数学上推导出导致这种局部增长的自然选择过程。热力学第二定律可以被写成一个描述进化的运动方程，在化学热力学方面来表述自然选择和最小行动原则是如何联系在一起的。在这种观点中，生物在进化过程中探索了能量密度差异的可能途径，从而最快速地增加熵。其中，有机体起着能量传递机制的作用，有益突变允许后代有机体在其环境中传递更多的能量。<ref name="evo2lot">{{cite web|url=http://www.physorg.com/news137679868.html|title=Evolution as Described by the Second Law of Thermodynamics|author=Lisa Zyga|date=11 August 2008|publisher=Physorg.com|accessdate=2008-08-14}}</ref><ref name=":13">{{Cite journal|doi=10.1098/rspa.2008.0178 |title=Natural selection for least action |author1=Kaila, V. R.  |author2=Annila, A.|journal=Proceedings of the Royal Society A |date=8 November 2008 |volume=464 |issue=2099 |pages=3055–3070|bibcode = 2008RSPSA.464.3055K |doi-access=free }}</ref>
 ==熵与生命的起源==

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	为了回答这个问题，他转而求助于热力学理论，他先是大致论述了心脏是如何成为他所说的“力泵”的，正如William Harvey所发现的那样，心脏接收血液，并将血液输送到身体的每一个部位，“它起着引擎活塞的作用，依赖于并支持着维持物理或有机生命的营养和排泄的循环。”McCulloh的这一论断可能从著名的卡诺循环中获得了灵感。最后，他总结了他的第一和第二定律:		为了回答这个问题，他转而求助于热力学理论，他先是大致论述了心脏是如何成为他所说的“力泵”的，正如William Harvey所发现的那样，心脏接收血液，并将血液输送到身体的每一个部位，“它起着引擎活塞的作用，依赖于并支持着维持物理或有机生命的营养和排泄的循环。”McCulloh的这一论断可能从著名的卡诺循环中获得了灵感。最后，他总结了他的第一和第二定律:
−

	<blockquote>一切物理活动都受能量守恒定律的制约，因此，任何生理活动不可能不消耗从食物中获得的能量。而且，从同等质量食物中积累的热量，运动的动物比起不运动的动物要少，两者之间的差别应该正好等于动物运动做功产生的热量。<ref name="McCulloch1876"/></blockquote>		<blockquote>一切物理活动都受能量守恒定律的制约，因此，任何生理活动不可能不消耗从食物中获得的能量。而且，从同等质量食物中积累的热量，运动的动物比起不运动的动物要少，两者之间的差别应该正好等于动物运动做功产生的热量。<ref name="McCulloch1876"/></blockquote>

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 年，鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius出版了他著名的研究报告——《论光与热的强度及其作用的局限性》 ，在其中，他在自己以及威廉·汤姆森（开尔文勋爵）研究的基础上，初步论述了生命过程和他新提出的熵的概念之间的关系。随后，奥地利物理学家[[路德维希·玻尔兹曼 Ludwig Edward Boltzmann]]第一个从热力学视角出发来推测生物进化的可能性。1875年，玻尔兹曼基于克劳修斯和开尔文的工作推断:
 <blockquote>生物生存的一般斗争不是原材料的斗争——对生物来说，这些是空气、水和土壤，都是大量可用的——也不是为了以热的形式存在于任何身体中的大量能量，而是一种为[负]熵而斗争，通过能量从炎热的太阳到寒冷的地球的转变，熵变得可用。<ref>{{Cite book| last = Boltzmann | first = Ludwig  | title = The second law of thermodynamics (Theoretical physics and philosophical problems)| publisher = Springer-Verlag New York, LLC | year = 1974 | isbn = 978-90-277-0250-0}}</ref></blockquote>
 年，美国土木工程师Richard Sears McCulloh在他的早期热力学教科书《热学力学理论及其在蒸汽机上的应用》中提及到相关的物理学定律，他写道，“没有比焦耳和卡诺这两个命题更坚实的基础了，可以说它们是这门学科的基本定律也不为过。”McCulloh继续指出，这两个定律可以用共同的数学形式简洁表示，其表示形式如下:
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 其中
-<math> S = </math>代表熵；
+:<math> S = </math>代表熵；
-<math> dQ = </math> 代表传入热力学系统的热量的微分；
+:<math> dQ = </math> 代表传入热力学系统的热量的微分；
-<math> \tau = </math>代表绝对温度。
+:<math> \tau = </math>代表绝对温度。
 McCulloh例举了这两个定律——即现在总所周知的[[能量守恒定律]]和[[热力学第二定律]]，它们的应用数不胜数:
 <blockquote>当我们反思物理现象如何普遍地与热变化和关系联系在一起时，很明显，几乎没有自然科学的分支或多或少地依赖于所考虑的伟大真理。因此，在很短的时间内，自热力学理论被自由采用以来，还不到一代人的时间，物理科学的整个分支都被它彻底改变了，这也不应该令人惊讶。<ref name="McCulloch1876"/></blockquote>
 McCulloh为了说明这些定律的适用范围和实际效用，给出了一些被他称之为“更有趣的例子” 。他举的第一个例子有关生理学，他指出，“动物的身体实质上就是一个热机，食物消耗过程跟蒸汽机或火车头的燃料燃烧过程正是类似的，因为这二者的化学过程是相同的: 即所谓的燃烧。”然后他把Antoine-Laurent de Lavoisier的呼吸理论与消化、排泄和排汗的循环结合起来进行讨论，发现新的理论与拉瓦锡的理论相矛盾，比如根据新的热理论，内部热量是由于摩擦而产生，McCulloh指出：“身体的热量一般均匀地扩散，而不是集中在胸部”。随后McCulloh又针对于热力学第二定律举了一个例子，他断言只要有摩擦，尤其是小血管内的摩擦，一定会产生热量。毫无疑问，动物体内的部分热量就是这样产生的。他问道: “但是因摩擦而消耗的能量从何而来，而这个过程本身又该怎么理解呢? ”

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 ==早期观点==
-年，鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius出版了他著名的研究报告——《论光与热的强度及其作用的局限性》 ，在其中，他在自己以及威廉·汤姆森（开尔文勋爵）研究的基础上，初步论述了生命过程和他新提出的熵的概念之间的关系。随后，奥地利物理学家[[路德维希·玻尔兹曼 Ludwig Boltzmann]]第一个从热力学视角出发来推测生物进化的可能性。1875年，玻尔兹曼基于克劳修斯和开尔文的工作推断:
+年，鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius出版了他著名的研究报告——《论光与热的强度及其作用的局限性》 ，在其中，他在自己以及威廉·汤姆森（开尔文勋爵）研究的基础上，初步论述了生命过程和他新提出的熵的概念之间的关系。随后，奥地利物理学家[[路德维希·玻尔兹曼 Ludwig Edward Boltzmann]]第一个从热力学视角出发来推测生物进化的可能性。1875年，玻尔兹曼基于克劳修斯和开尔文的工作推断:
 <blockquote>生物生存的一般斗争不是原材料的斗争——对生物来说，这些是空气、水和土壤，都是大量可用的——也不是为了以热的形式存在于任何身体中的大量能量，而是一种为[负]熵而斗争，通过能量从炎热的太阳到寒冷的地球的转变，熵变得可用。<ref>{{Cite book| last = Boltzmann | first = Ludwig  | title = The second law of thermodynamics (Theoretical physics and philosophical problems)| publisher = Springer-Verlag New York, LLC | year = 1974 | isbn = 978-90-277-0250-0}}</ref></blockquote>
 年，美国土木工程师Richard Sears McCulloh在他的早期热力学教科书《热学力学理论及其在蒸汽机上的应用》中提及到相关的物理学定律，他写道，“没有比焦耳和卡诺这两个命题更坚实的基础了，可以说它们是这门学科的基本定律也不为过。”McCulloh继续指出，这两个定律可以用共同的数学形式简洁表示，其表示形式如下:
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 <blockquote>一切物理活动都受能量守恒定律的制约，因此，任何生理活动不可能不消耗从食物中获得的能量。而且，从同等质量食物中积累的热量，运动的动物比起不运动的动物要少，两者之间的差别应该正好等于动物运动做功产生的热量。<ref name="McCulloch1876"/></blockquote>
 ==负熵==