一、生物的第一本質(zhì)特征是攝入負(fù)熵流
任何生物，不管是動(dòng)物、植物、微生物，都有一個(gè)明顯的外在特征，即在它們生命存在的始終，不間斷地與生命體的外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交流活動(dòng)。一旦這種物質(zhì)和能量交換活動(dòng)終止，則生物必然不再作為生物存在，它們就死亡了。生物在從事交換活動(dòng)中，進(jìn)入或排出生命體的物質(zhì)和能量并非能夠是任意的，而是經(jīng)由生物體對(duì)之進(jìn)行選擇、甄別。一般地說，每種生命體相應(yīng)都有幾種特殊的物質(zhì)被允許進(jìn)入生命體內(nèi)，通過一系列的生命化學(xué)反應(yīng)之后，變換成另外的物質(zhì)排出體外。這種進(jìn)程被稱之為新陳代謝。在新陳代謝過程中，生命體呈現(xiàn)出不同于自然界其他運(yùn)動(dòng)（機(jī)械、物理、化學(xué)等）的一種特殊運(yùn)動(dòng)——生命運(yùn)動(dòng)。
自古至今，人類有識(shí)之士都在探討研究這種特殊運(yùn)動(dòng)——生命運(yùn)動(dòng)——是什么？起始，囿于科學(xué)不發(fā)達(dá)，人類認(rèn)識(shí)自然能力的低下，人們提出過的各種各樣解釋，如“靈魂”論、“活力”論等，都不能準(zhǔn)確地闡述生命的本質(zhì)。
可以說，真正準(zhǔn)確地把握生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)并不限于生物學(xué)，與之不甚有聯(lián)系的熱力學(xué)也對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)作出了奠基性的貢獻(xiàn)。
在１９世紀(jì)，當(dāng)時(shí)的科學(xué)家提出了自然界演化的兩個(gè)規(guī)律。一個(gè)是以克勞修斯為代表提出的熱力學(xué)第二定律（熵增定律），宣稱世界自發(fā)地朝熵增方向演變。自然界中的能量雖然守恒，但是自由能隨時(shí)間的流逝卻越來越少，世界從有序狀態(tài)向無序狀態(tài)發(fā)展，最終宇宙會(huì)到達(dá)一種溫度均一的熱寂狀態(tài)，從而沒有了任何有序運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然也就沒有了生命運(yùn)動(dòng)。
另一個(gè)是以達(dá)爾文為代表提出的生物進(jìn)化論。對(duì)生物進(jìn)化的觀察和研究確鑿無疑地證明了，生命運(yùn)動(dòng)并不符合熱力學(xué)第二定律所指明的方向，它自發(fā)地從無序狀態(tài)向有序狀態(tài)，從簡單狀態(tài)向復(fù)雜狀態(tài)，從低級(jí)狀態(tài)向高級(jí)狀態(tài)發(fā)展，即向熵減方向發(fā)展。它與熱力學(xué)第二定理相逆。
這又是一個(gè)問題跨越兩塊理論領(lǐng)域，而兩個(gè)理論對(duì)于生物現(xiàn)象都有自己的“盲點(diǎn)”。生物進(jìn)化規(guī)律與熱力學(xué)第二定理的矛盾使得一些著名科學(xué)家深思。其中有些科學(xué)家（玻耳茲曼、薛定諤等）正確地提出了生命的本質(zhì)就是從外界攝入負(fù)熵以抵御生命體內(nèi)自發(fā)地產(chǎn)生正熵的過程。但是對(duì)于生命這種過程當(dāng)時(shí)提不出一種有說服力的機(jī)理性解釋，只能停留在思辨的闡述上。但隨著新學(xué)科的出現(xiàn)，新思想的誕生，新領(lǐng)域的拓寬，今日的人們開始了生命本質(zhì)的機(jī)理性解釋。
奧地利物理學(xué)家普利高津提出耗散結(jié)構(gòu)理論，為人們找到溝通生物進(jìn)化理論與熱力學(xué)第二定律這兩種有關(guān)自然演進(jìn)對(duì)立理論之間的第一座橋梁。
耗散結(jié)構(gòu)理論指出，一個(gè)開放系統(tǒng)（指有物質(zhì)的進(jìn)入退出，又有能量的流入輸出），當(dāng)遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)部的各種微觀狀態(tài)的隨機(jī)起伏變化，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生宏觀的自催化自組織過程，使得原本具有較低有序程度的系統(tǒng)地發(fā)生沿著熵減方向發(fā)生變化，形成一個(gè)具有較高有序程度的系統(tǒng)。這種較高有序程度系統(tǒng)不但能夠穩(wěn)定地存在，在合適的情況下，還能向更高更有序的程度發(fā)展。保證系統(tǒng)發(fā)生上述變化的條件除了該系統(tǒng)遠(yuǎn)離熱平衡狀態(tài)外，還要求該系統(tǒng)能夠從外界獲得低熵值的物質(zhì)和能量，并且揚(yáng)棄高熵值的物質(zhì)和能量。系統(tǒng)在這種物質(zhì)和能量進(jìn)入流出的循環(huán)中獲得了負(fù)熵流。這些負(fù)熵在系統(tǒng)內(nèi)部流通轉(zhuǎn)化過程中，逐漸耗散而抵消了在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的正熵，從而使得耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)保持有序穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，以及向較高有序程度進(jìn)展的過程。值得指出的是，耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形成和存在的能力，并不與耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身與外界所處的熵值狀態(tài)的差值大小緊密相關(guān)，只要耗散系統(tǒng)能在物質(zhì)與能量進(jìn)入流出的循環(huán)中獲得負(fù)熵流，則耗散系統(tǒng)就能穩(wěn)定存在以至于繼續(xù)向低熵值狀態(tài)發(fā)展。這種過程可以形容為“從混沌到有序”。
因此，耗散結(jié)構(gòu)理論在絕對(duì)沒有違背熱力學(xué)第二定律下（實(shí)質(zhì)上它是熱力學(xué)第二定律在遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的拓展），不但解釋了自然界中具有較高有序狀態(tài)的生命現(xiàn)象能夠穩(wěn)定存在于較低有序狀態(tài)自然界的延續(xù)機(jī)制，而且也解釋了生物不斷進(jìn)化即生命現(xiàn)象有序程度不斷提高的進(jìn)化機(jī)制。雖然，現(xiàn)時(shí)人們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到運(yùn)用該理論對(duì)生命的起源與進(jìn)化機(jī)制進(jìn)行嚴(yán)格闡明解釋階段，但是可以預(yù)見的結(jié)論如同普里高津自己所說：“只要自組織的條件得到滿足，生命就成為可預(yù)言的，就像我們能預(yù)言貝納德不穩(wěn)定性或預(yù)言一塊下落的石頭一樣?！保ㄒ痢て绽锔呓?，伊·斯唐熱.從混沌到有序.上海：上海譯文出版社，１９８７年版，第２２２頁）
每一個(gè)生命體本身都是一個(gè)遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡區(qū)域的開放系統(tǒng)。單個(gè)生命體的整個(gè)存在歷程，就是一個(gè)通過物質(zhì)和能量的進(jìn)出循環(huán)不斷地從外界攝取負(fù)熵流以抵御生命體內(nèi)產(chǎn)生正熵的過程。這個(gè)過程的外在表現(xiàn)就是新陳代謝。一旦停止了新陳代謝，或者新陳代謝低于某一極限值，生命體內(nèi)不斷產(chǎn)生的正熵就不能抵御，生命就會(huì)死亡。如果把生命在新陳代謝過程中由于物質(zhì)能量進(jìn)出循環(huán)所能獲取的負(fù)熵流值與體內(nèi)產(chǎn)生的正熵率值進(jìn)行比較，應(yīng)有如下關(guān)系存在：前者與后者的代數(shù)和一般應(yīng)是負(fù)值，極限情況時(shí)代數(shù)和是零。一旦代數(shù)和是正值，那么隨著時(shí)間的流逝，生命體內(nèi)的正熵不斷累積，最終一定導(dǎo)致生命的死亡。
