Термодинамический аспект жизни

Жизнь на нашей планете имеет термодинамический аспект. Поток солнечной энергии воспринимается живыми организмами на молекулярном уровне. Солнечная энергия преобразуется в энергию химических связей и происходит синтез химических веществ. Сложные органические вещества создают:

- растения в процессе фотосинтеза;

- бактерии в процессе хемосинтеза.

Исходными веществами для фотосинтеза являются диоксид углерода и вода, которые при участии хлорофилла растений под влиянием солнечного света образуют первичное органическое соединение - глюкозу. Дальнейшие превращения глюкозы с участием атмосферного азота и других неорганических соединений приводят к образованию самых сложных молекул живого вещества - белков, углеводов и пр.

Часть живых организмов, животные и человек, не способны к фотосинтезу, поэтому вынуждены для питания использовать готовые органические вещества и, следовательно, заключенную в них трансформированную энергию солнца. Синтезированная совокупность химических соединений (биомасса) последовательно переходит от одних организмов к другим, формируя так называемые пищевые цепи. По пищевым цепям происходит последовательный упорядоченный перенос энергии и вещества. Роль растений и других живых организмов, участвующих в фотосинтезе, чрезвычайно велика:

¨ преобразование энергии солнечного света в энергию химических связей, синтез органических соединений (биомассы) для питания всех живых организмов;

¨ поставка в атмосферу планеты кислорода (образуется в процессе фотосинтеза), который служит для окисления органических веществ, при этом извлекается запасенная в них химическая энергия, необходимая для дальнейших биохимических процессов;

¨ перевод атмосферного азота в связанное состояние, то есть синтез азотсодержащих органических соединений (аминокислоты и пр.).

Хемосинтез осуществляется благодаря энергии, выделяющейся при окислении некоторых неорганических соединений: сероводород, аммиак, оксиды железа и пр. Эта энергия аккумулируется определенными видами бактерий и расходуется на образование органических соединений, например, аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Такой процесс может происходить в водоемах, содержащих сероводород и так называемые серобактерии.

В почве широко распространены нитрифицирующие бактерии, добывающие энергию для синтеза органических соединений из процессов окисления азотистых соединений (аммиак и пр.). Аммиак в свою очередь образуется в процессе гниения белков. Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и является важнейшим фактором плодородия почв. Все процессы взаимосвязаны: растения, забирая из почвы необходимые вещества, под воздействием солнечного света синтезируют органическое вещество, далее оно участвует в сложнейших биохимических процессах жизнеобеспечения живых организмов, организмы по окончании жизненного цикла погибают, разлагаются в почве до простейших соединений, служащих питательной средой для растений. Итак бесконечно, в постоянном превращении и круговороте веществ. Недаром древние говорили: "...все из земли вышло, все в нее и уйдет…".

Отдельно следует сказать о роли солнечной энергии для жизни на планеты. Солнце - наш постоянный источник энергии, живые организмы аккумулируют солнечную энергию в виде органического вещества. При этом часть энергии расходуется на поддержание жизненных процессов, часть передается на последующие звенья пищевых цепей. После гибели организмов аккумулированная энергия высвобождается, превращается в тепловую форму и рассеивается. Все это, включая общее понятие жизнь, становится возможным, благодаря уникальной способности живых организмов воспринимать и преобразовывать солнечную энергию.

Любые процессы в биосфере связаны с превращением энергии. Энергия любой системы, согласно второго начала термодинамики, стремится к состоянию термодинамического равновесия. Живой организм, за счет аккумулированной энергии сложноорганизованных упорядоченных молекулярных структур, имеет некоторый энергетический перевес по сравнению с окружающей средой. Но именно с ней он и взаимодействует в течение жизни, расходуя постепенно энергию. В момент, когда уровни энергии сравняются, наступает термодинамическое равновесие, дальнейшие энергетические процессы невозможны. Для живого организма это означает прекращение всех биохимических процессов, гибель, смерть.

Таким образом, жизнь на нашей планете, с точки зрения термодинамического аспекта, должна рассматриваться как процесс непрерывного извлечения живым организмом или в целом экосистемой энергии из окружающей среды, преобразования и расходования этой энергии при передаче от одного звена пищевой цепи к другому. Если рассмотреть отдельный живой организм, то он должен непрерывно получать энергию, которая расходуется на:

¨ на поддержание жизни, то есть основной обмен;

¨ перемещение в пространстве;

¨ на обеспечение роста организма и формирование углеводных (для растений) и жировых (для животных) запасов;

¨ на формирование элементов размножения.

После гибели организма, энергия рассеивается, но не исчезает, а воспринимается окружающей средой и расходуется на новый цикл синтеза живого вещества.