Bioloogilise süsteemi termodünaamiline tasakaal

Termodünaamika on füüsika haru, mis uurib soojusenergia ja selle levikupõhimõtteid aine või teatud ainekoguse ulatuses. See distsipliin põhineb mõnel ühisel universaalsel põhimõttel ja kasutab eksperimentaalseid andmeid paljudest teistest teadustest. Termodünaamiline tasakaal on selle teadusalase teadmiste valdkonna nurgakivi.

Üks elusorganismide kõige olulisem ja ehk kõige konkreetsem omadus on nende ainulaadne võime muuta energiat ja säilitada seda mitmel kujul. Termodünaamiline tasakaal on süsteemi seisund, milles selle parameetrid ja omadused ei saa aja jooksul muutuda, ilma et see mõjutaks väliseid tegureid.

See tähendab, et teoreetiliselt isoleeritud füüsiline süsteem, mis koosneb ühest või mitmest füüsilisest objektist, võib lõputult jääda tasakaalu. Kui te katkestate termodünaamilise tasakaalu, kipub ükskõik milline süsteem oma stabiilsesse olekusse naasma. See on üks füüsika aluspõhimõtteid, millest liiga palju on ehitatud nii meie elus kui ka looduses.

Kõige lihtsam on kujutleda termodünaamilist tasakaalu sellise loodusliku inimese atribuudi näitega kuuma tee termosena, mis on sama isoleeritud süsteem. Loomulikult on iga aine (antud juhul tee puhul) temperatuur sama. Kuid kui jääkuubikut termosesse lastakse, häirub koheselt termodünaamilist tasakaalu, kuna vedeliku erinevates osades esineb temperatuuri erinevus.

Sellisel juhul toimub soojusülekanne kõrgema temperatuuriga piirkonnast külmemate sektsioonide suunas, kuni termilise režiimi ühtlus on kogu mahu ulatuses. Kui see juhtub, taastatakse stabiilsus. Nii toimib mis tahes termodünaamiline süsteem, sõltumata selle skaalast ja objektidest, millest see koosneb.

Elusorganismide jaoks on eriti oluline tasakaalu põhitingimus, mis on sama temperatuuriindeks süsteemis kõigis punktides. Kõik tavapärase elu säilitamiseks vajalikud bioloogilised objektid vajavad regulaarset energiakogust. Kõik bioloogilised protsessid vajavad ka stabiilset soojusülekannet ja selle ühtlast jaotumist.

Näiteks taimed, mis akumuleerivad päikeseenergiat, muudavad need fotosünteesiks orgaaniliste ainete keemilisteks sidemeteks. Loomade kehas toimub kõik täpselt vastupidine - toiduga saadud orgaanilised ained teisendatakse energiaks. Kõik sellised protsessid (nii taime- kui ka loomaliikide esindajates) toimuvad täpselt termodünaamilise süsteemi põhimõtete kohaselt.

Termodünaamika põhijäreldused on universaalsed ja elutute bioloogiliste süsteemide ja elutu looduse seisukohast sobimatud. Termodünaamika põhimõtted on öelnud, et kõiki seotud objekte võib nimetada termodünaamiliseks süsteemiks. Erinevus on ainult objektide skaaladel ja arvul. Selliste süsteemide näideteks on meie keha, südame või teiste siseorganite rakud. Kogu organism on ka mingis mõttes termodünaamiline süsteem. Isegi sellised hiiglaslikud objektid nagu biosfäär, ookeanid kuuluvad ka sellesse kategooriasse. Ja nende suhtes kehtivad samad termodünaamilise tasakaalu seadused .