Termodynamická rovnováha biologického systému

Termodynamika je odvětví fyziky, které zkoumá tepelnou energii a principy její distribuce v celém objemu hmoty nebo určitého média. Tato disciplína je založena na některých společných univerzálních zásadách a využívá experimentálních dat mnoha dalších věd. Termodynamická rovnováha je základním kamenem této oblasti vědeckého poznání.

Jednou z nejdůležitějších a možná nejvíce specifických vlastností živých organismů je jejich jedinečná schopnost transformovat energii a skladovat ji v různých formách. Termodynamická rovnováha je stav systému, ve kterém se jeho parametry a charakteristiky nemohou v průběhu času měnit bez vlivu jakýchkoli vnějších faktorů.

To je: teoreticky izolovaný fyzický systém sestávající z jednoho nebo více fyzických objektů může nekonečně zůstat ve stavu rovnováhy. Pokud narušíte termodynamickou rovnováhu, bude mít jakýkoli systém návrat ke svému stabilnímu stavu. To je jeden ze základních principů fyziky, na kterých je příliš mnoho postaveno jak v našem životě, tak v přírodě.

Nejjednodušší je představit si termodynamickou rovnováhu s příkladem takového přirozeného lidského atributu jako termos s horkým čajem, který je stejným izolovaným systémem. Samozřejmě, že teplota v jakémkoliv bodě látky (v tomto případě - čaj) bude stejná. Pokud ale do termosky přenesete kostku ledu, bude termodynamická rovnováha okamžitě narušena, protože se v různých částech kapaliny vyskytne teplotní rozdíl.

V tomto případě bude docházet k přenosu tepla z oblasti vyšší teploty ve směru chladnějších částí, dokud nebude rovnoměrnost tepelného režimu stanovena v celém objemu. Když k tomu dojde, stabilita bude obnovena. Takže každý termodynamický systém funguje bez ohledu na jeho velikost a počet objektů, ze kterých se skládá.

Základní podmínka rovnováhy, která je ve všech bodech systému stejným teplotním indexem, je obzvláště důležitá pro živé organismy. Všechny biologické objekty za účelem udržení normálního života vyžadují pravidelný příjem energie. Všechny biologické procesy také vyžadují stabilní přenos tepla a jeho rovnoměrné rozložení.

Například rostliny, které hromadí sluneční energii, ji transformují do chemických vazeb organických látek prostřednictvím fotosyntézy. V těle zvířat se všechno děje přesně naopak - organické látky získané z potravy se přeměňují na energii. Všechny tyto procesy (u zástupců rostlinného i živočišného světa) se vyskytují v přesném souladu se zásadami termodynamického systému.

Základní pojmy termodynamiky jsou univerzální a neoddělitelné jak pro živé biologické systémy, tak i pro neživou přírodu. Principy termodynamiky říkají, že jakýkoli soubor souvisejících objektů lze nazvat termodynamickým systémem. Rozdíl je pouze v měřítcích a počtu objektů. Příklady takových systémů jsou buňky našeho těla, srdce nebo jiné vnitřní orgány. Celý organismus je také v jistém smyslu termodynamický systém. Dokonce takové obří objekty jako biosféra patří k této kategorii i oceány. A podléhají stejným zákonům termodynamické rovnováhy.