Legile termodinamicii în sistemele biologice

Legile termodinamicii sunt principii importante de unificare a științei biologiei. Aceste principii reglementează procesele chimice (metabolismul) în toate organismele biologice.

Prima lege a termodinamicii, cunoscută și ca legea conservării energiei, susține că energia nu poate apărea nicăieri și nu dispar. Este capabil să se miște de la o formă la alta, dar energia din sistemul închis rămâne constantă.

A doua lege a termodinamicii afirmă că atunci când transmiterea energiei la sfârșitul procesului de transfer va fi mai puțină energie decât la început. Datorită entropiei, care este o măsură a tulburării într-un sistem închis, toată energia disponibilă nu va fi utilă pentru organism. Entropia crește ca transferuri de energie.

În plus față de legile termodinamicii Teoria celulelor, teoria genelor, teoria evoluției și homeostaziei constituie principiile principale care stau la baza studiului vieții.

Prima lege a termodinamicii în sistemele biologice

Toate organismele biologice au nevoie de energie pentru a supraviețui. Într-un sistem închis, cum ar fi universul, această energie nu este consumată, ci transformată de la o formă la alta. De exemplu, celulele corpului efectuează o serie de procese importante. Aceste procese necesită energie. Cu fotosinteza, energia este servită de soare. Energia luminii este absorbită de celulele frunzelor de plante și se transformă în energie chimică.

Energia chimică este stocată ca glucoză, care este utilizată pentru a forma carbohidrați complexi necesari pentru a crea o masă vegetală. Energia stocată în glucoză poate fi, de asemenea, eliberată prin respirația celulară. Acest proces permite organismelor de legume și animale pentru a accesa energia stocată în carbohidrați, lipide și alte macromolecule prin producerea ATP.

Această energie este necesară pentru îndeplinirea funcțiilor celulare, cum ar fi replicarea ADN, mitoza, meioza, mișcarea celulară, endocitoză, exocitoză și apoptoză.

A doua lege a termodinamicii în sistemele biologice

Ca și în cazul altor procese biologice, transmisia de energie este de 100% nu este eficientă. Cu fotosinteza, de exemplu, nu toată energia luminii este absorbită de plantă. Partea sa este reflectată, iar cealaltă parte este transformată în căldură. Pierderea energetică în mediul înconjurător duce la o creștere a tulburării sau a entropiei.

Spre deosebire de plante și alte organisme fotosintetice, animalele nu pot genera energie direct de la lumina soarelui. Acestea ar trebui să consume plante sau alte organisme animale pentru energie. Cu cât este mai mare corpul în lanțul alimentar, cu atât mai puțin energia disponibilă pe care o primește din sursele sale de alimente.

Majoritatea acestor energie se pierde în timpul proceselor metabolice. Prin urmare, este disponibilă mult mai puțină energie pentru organismele la niveluri trofice mai mari. Cu cât este mai puțină energie, cu atât mai puțin numărul de organisme poate fi susținută. De aceea există mai mulți producători în ecosistem decât consumatorii. Sistemele de viață au nevoie continuu de energie pentru a-și menține starea lor foarte ordonată.

Celulele, de exemplu, sunt comandate sever și au entropie scăzută. În procesul de menținere a acestei comenzi, o anumită energie este pierdută în mediul înconjurător sau transformată. Astfel, în timp ce celulele sunt comandate, procesele efectuate pentru a menține această comandă conduc la o creștere a entropiei înconjurate de celule / organism. Transmisia de energie duce la o creștere a entropiei în univers.