Термодинамический аспект жизни

Непрерывный поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. Создаваемые при фотосинтезе химические вещества последовательно переходят от одних организмов к другим: от растений к растительноядным животным, от них - к плотоядным животных т.д. Этот переход рассматривается как последовательный упорядоченный поток вещества и энергии. Однако и вещество и энергия в такой пищевой цепи постепенно рассеиваются. Известно, что если температура тела выше, чем температура окружающей среды, т.е. имеет место некоторый градиент температур, то общая температура системы «тело-среда» стремится к равновесию. Тело будет отдавать энергию до тех пор, пока его температура и температура окружающей среды не сравняются. В конечном счете, энергия любого живого тела может быть рассеяна в тепловой форме, после чего наступает состояние термодинамического равновесия и дальнейшие энергетические процессы оказываются невозможными. В данном случае „работает" второй закон термодинамики. О такой системе говорят, что она находится в состоянии максимальной энтропии. Энтропию (греч. эн – внутрь, тропе - превращение) понимают как меру количества связанной энергии, которая рассеивается и становится недоступной для использования. Энтропия отражает возможности превращения энергии и рассматривается как мера неупорядоченности системы. Если бы поток солнечного излучения, поступающего к Земле, только рассеивался, то жизнь была бы невозможной. Мертвый организм характеризуется максимальной неупорядоченностью элементов (структур), в результате чего приходит в равновесие с окружающей его средой (температура его тела выравнивается с температурой среды, составляющие его химические элементы включаются в процессы кругооборота и становятся частью среды). Это значит, что организм как система приходит в состояние полной неупорядоченности - максимальной энтропии. Важное свойство систем – способность создавать и поддерживать высокую степень упорядоченности, т.е. состояние с низкой энтропией. Для того чтобы энтропия системы не возрастала, система должна извлекать «упорядоченность организации» откуда-то извне, т.е. непрерывно поддерживать, накапливать ее, как принято говорить, «работать» против градиента энергии. Иными словами, организм должен извлечь из окружающей среды отрицательную энтропию, или негэнтропию.

Основным свойством нормально функционирующих природных экосистем является способность извлекать негэнтропию из внешней среды (солнечную энергию) и тем самым поддержи­вать свою высокую упорядоченность.

Живые организмы способны выполнять работу именно против уравновешивания с окружающей средой(т.е.против 2-го закона термодинамики) за счет образования сложно организованных упорядоченных молекулярных структур. Вполне понятно, что для производства работы экологическая система должна получать соответствующую энергетическую дотацию. Она и получает ее от Солнца, являясь открытой системой. Живой организм (например, животное) извлекает негэнтропию из растительной или животной пищи, используя упорядоченность ее химических связей. Часть энергии теряется, расходуясь, например, на поддержание жизненных процессов, часть - передается организмам последующих пищевых уровней. Началом всего этого потока является процесс питания растений - фотосинтез, при котором происходит повышение упорядоченности деградировавших органических и минеральных веществ. Используя солнечную энергию, растение трансформирует энергию фотона в энергию химических связей органического вещества.
Рассмотренные процессы описываются законом компенсации
энтропии и негэнтропии биосферы:

Date: 2015-10-19; view: 652; Нарушение авторских прав