Закони термодинаміки в біологічних системах

Закони термодинаміки є важливими об`єднаними принципами біології науки. Ці принципи регулюють хімічні процеси (метаболізм) у всіх біологічних організмах.

Перший закон термодинаміки, також відомий як закон збереження енергії, стверджує, що енергія не може зникнути і зникнути. Він здатний рухатися з однієї форми до іншої, але енергія в закритій системі залишається постійною.

Другий закон термодинаміки стверджує, що при передачі енергії в кінці процесу перенесення буде менше енергії, ніж на початку. Через ентропію, яка є мірою розладу в замкнутій системі, все наявна енергія не буде корисною для тіла. Ентропія збільшується як енергетичні перекази.

На додаток до законів термодинаміки теорія клітин, теорія генів, теорія еволюції та гомеостазу є основними принципами, що лежать в основі вивчення життя.

Перший закон термодинаміки в біологічних системах

Всі біологічні організми потребують енергії, щоб вижити. У замкнутій системі, наприклад, Всесвіт, ця енергія не споживається, але перетворюється з однієї форми до іншої. Наприклад, клітини тіла виконують ряд важливих процесів. Ці процеси вимагають енергії. З фотосинтезом, енергія обслуговується сонцем. Легка енергія поглинається клітинами листя рослин і перетворюється на хімічну енергію.

Хімічна енергія зберігається як глюкоза, яка використовується для формування складних вуглеводів, необхідних для створення овочевої маси. Енергія, що зберігається в глюкозі, також може бути випущена через стільникове дихання. Цей процес дозволяє овочевим та тваринним організаціям доступу до енергії, що зберігається в вуглеводів, ліпідів та інших макромолекулах, виробляючи АТФ.

Ця енергія необхідна для виконання клітинних функцій, таких як реплікація ДНК, мітоз, мейоз, рух клітин, ендоцитоз, екзоцитоз та апоптоз.

Другий закон термодинаміки в біологічних системах

Як у випадку інших біологічних процесів, трансмісія енергії 100% неефективна. З фотосинтезом, наприклад, не всі енергії світла поглинається рослиною. Його частина відбивається, а інша частина перетворюється на тепло. Втрати енергії в навколишньому середовищі призводить до збільшення розладу або ентропії.

На відміну від рослин та інших фотосинтетичних організмів, тварини не можуть генерувати енергію безпосередньо від сонячного світла. Вони повинні споживати рослини або інші тваринні організми для енергії. Чим вище тіло знаходиться в харчовому ланцюзі, тим менш доступна енергія вона отримує від її джерел їжі.

Більша частина цієї енергії втрачається під час метаболічних процесів. Тому набагато менше енергії доступна для організмів у вищих трофічних рівнях. Чим менше енергії, тим менша кількість організмів може бути підтримана. Ось чому в екосистемі існують більше виробників, ніж споживачів. Живі системи постійно потребують енергії, щоб підтримувати свою високопорядковану державу.

Клітини, наприклад, сильно замовляються і мають низьку ентропію. У процесі збереження цього замовлення деяка енергія втрачається в навколишньому середовищі або перетворюється. Таким чином, в той час як клітини замовляються, процеси, що виконуються для підтримки цього порядку, призводять до збільшення ентропії, оточеної клітинами / організмом. Передача енергії призводить до збільшення ентропії у Всесвіті.