浅谈生物学和生态学中的信息

李冉 周长发

摘要 通过对熵、信息等概念原义、起源与内在逻辑的梳理和浅显化解释，发现生物学中的熵既可抽象、定性地描述生物有机体各层次的有序性存在状态，也可定量计算和表述有机体各系统组成成分的多样性与数量比率，因而它可显示和表达有机体内稳态、生态平衡以及生物多样性指数。对信息与香农熵的准确理解与把握，是在宏观层面理解和表述生物及其存在状态的基础。

关键词 熵 信息 香农多样性指数 生物学 生态学

中图分类号 Q-49

文献标志码 E

信息是生物学、生态学中的重要概念，常与“物质、能量”相提并论，如在介绍生态系统定义、生态平衡以及生物体内稳态时用到的“信息（负）反馈”等。然而，对于“信息”这一抽象概念，许多文献将其具体化或泛化、甚至公式化，从而给理解与讲授带来一定的困难。下面试图从其起源、本质含义的角度，对“信息”概念以及它在生物学、生态学的应用作一浅显介绍，以帮助理解、方便教学、加深记忆。

1熵与信息的含义

1.1物理学中的熵

基本的物理定律认为，在一个孤立或封闭系统中，即与外界没有能量与物质交换的系统中，如果给予足够长的时间，这一系统空间中的分子最终将是均衡的或均一的。例如，向一个盒子中注入两种颜色的气体，或向一瓶水中放入一粒糖块，时间足够长后，这一盒子中任一空间位置的空气颜色都是一样的、瓶中任何一点的水都是同样甜的。假如把任一空间中的分子混乱程度或均一程度看作一个量，称为熵（entro?py），就可以认为，在一封闭系统中，其熵值最终会变得最大，即其组成分子会变得极其均匀或均一。……