Un sistem viu, ca orice alt sistem natural, se supune legilor termodinamicii. Elementele unui organism viu sunt în mod constant distruse și construite din nou. Acest proces se numește reînnoire biologică. Pentru a asigura acest lucru, este necesar un flux neîntrerupt de material și energie din exterior, precum și retragerea unor procese biochimice, inclusiv a căldurii, în mediul extern. Astfel, orice organisme funcționale sunt în mod necesar neizolate, sisteme termodinamice deschise. Datorită fluxurilor de materie și energie care trec prin aceste sisteme, ele sunt, de asemenea, echilibru. Dacă condițiile pentru existența sistemului sunt neschimbate, atunci aceste fluxuri sunt constante. În acest caz, starea neechilibrată este staționară, adică nu se schimbă odată cu timpul (acest lucru se mai numește și echilibrul dinamic). Așa cum în termodinamica sistemelor de echilibru o stare specială este o stare de echilibru, stările staționare joacă un rol special în termodinamica sistemelor de neechilibru.
Pentru sistemele vii care sunt întotdeauna neechilibrate, dar menținute într-o stare de echilibru, aceasta înseamnă următoarele:
1) în timpul duratei de viață a sistemului, elementele sale sunt supuse în mod constant degradării, datorită unei creșteri a entropiei;
2) pentru a compensa tulburarea care decurge din degradarea sistemului, munca este efectuată sub forma unor procese de sinteză a elementelor în locul decăderii; această muncă cauzează un aditiv negativ al entropiei. Astfel de procese creează ordine.
Toate funcțiile sistemelor vii care necesită consum de energie trebuie să fie furnizate de surse externe. Sunt substanțe organice cu energie chimică stocată în ele. Unele organisme sintetizează aceste substanțe în sine din substanțe anorganice. De exemplu, din dioxidul de carbon și apă sub influența soarelui (un astfel de proces se numește fotosinteză) sau în timpul oxidării (chemosinteză în unele bacterii). Aceste organisme se numesc autotrofe. Majoritatea autotrofelor sunt plante verzi. O altă parte a organismelor (de exemplu, toate animalele și oamenii), numite heterotrofe. sa adaptat la consumul de energie din substanțele organice finite sintetizate de autotrofe.
Substanțele organice nutritive absorbite de heterotrofe au mai multă ordine (mai puțin entropie) decât produsele eliberate de metabolism. Organismele de heterotrofe transferă ordonarea (negentropia) din mediul extern în ele însele. Pentru autotrofe, același obiectiv este atins prin efectuarea lucrărilor interne datorate energiei radiației electromagnetice a soarelui.
Astfel, scopul metabolismului, adică metabolismul unui sistem viu cu mediul, este menținerea unui anumit nivel de organizare a acestui sistem și a părților sale. Acest obiectiv se realizează prin selectarea din exterior a substanțelor și a energiei care asigură sinteza chimică a compușilor necesare corpului, precum și retragerea din sistemul viu a tot ceea ce nu poate fi folosit de el. Metabolismul este necesar pentru a contracara creșterea entropiei cauzată de procesele ireversibile în sistemul viu.
Astfel, în fotosinteza în autotrofe, energia cuantică a luminii este stocată sub forma energiei legăturilor chimice în moleculele de substanțe organice. Compușii inițiali pentru fotosinteză sunt substanțe anorganice simple - energetice - CO2 și H2O, care construiesc substanțe nutritive bogate în energie:
Extracția energiei din nutrienți are loc la clivaj lor (catabolism), unde energia chimică este eliberată și consumată în sinteza compușilor organici se organizmeneobhodimyh (anabolism). Atunci când se utilizează oxigen (respirație), despicarea duce la o energie scăzută pentru produsele finale:
Produsele organice inițiale pot servi ca glucoză, grăsimi și altele. Ultima ecuație cu aceeași ardere prin ecuația, dar energia este eliberată în timpul respirației în porții mici. Reglarea procesului de eliberare a energiei vă permite să îl depozitați pentru o utilizare rapidă într-o anumită situație, în locul potrivit al corpului. Stocarea energiei se face sub formă de energie chimică a intermediarului - menționat deja trifosfat de contact de adenozină (ATP). Acesta este un fel de acizi nucleici cu legături de energie înaltă, cu ruptura căreia energia necesară organismului este eliberată. Această energie este cheltuită pe procesul de sinteză în celulele lucrează la transferul substanțelor în organism, mișcare mecanică, căldură, și așa mai departe. D. Astfel, întregul flux de energie din mediu sub formă de energie alimente chimice trece prin pas obligațiuni ATP de mare energie .
Între cele două tipuri de organisme - auto- și heterotrofe - există conexiuni alimentare (trofice). Sistemele live formează lanțuri alimentare. energia acumulată prin fotosinteză de către plante este transmisă prin erbicide la pradă; legătura finală a lanțului alimentar sunt microbii, substanțele de procesare a organismelor moarte în substanțe anorganice. Ulterior, aceste molecule pot participa din nou la formarea sistemelor vii. Ca urmare, în biosferă sa format un ciclu global de substanțe, care este cauzat de așa-numitele cicluri biogeochimice. Principalele cicluri sunt circulația apei în biosferă, precum și elementele din care sunt compuse sistemele vii.
Sursa fluxului de energie care trece prin toate lanțurile alimentare din biosferă este energia radiațiilor electromagnetice solare care lovește suprafața Pământului în zona vizibilă (lumină). Sfârșitul transformării în lanțurile alimentare este eliberarea energiei sub formă de căldură atunci când se procesează microbi de reziduuri organice. Toată energia eliberată în procesul de activitate vitală în biosferă este returnată de suprafața Pământului în spațiul mondial, în principal sub forma radiației electromagnetice a domeniului infraroșu.
În balanța energetică globală, este fundamental că entropia radiațiilor de undă scurtă care intră pe pământ este mai mică decât entropia radiației infraroșii cu undă lungă re-emise de Pământ. Datorită acestei diferențe negative în entropia de pe suprafața Pământului, este posibilă formarea și menținerea structurilor comandate (ca în multe alte sisteme naturale). Întreaga biosferă a Pământului este un sistem foarte organizat, ordinea în care este menținută de echilibrul negativ al entropiei.
Într-un sistem viu, un mecanism de auto-gestiune și de auto-organizare se realizează pe baza unui schimb continuu de informații cu mediul extern. Acest lucru oferă organismului dezvoltarea unor reacții menite să maximizeze adaptarea sa la condițiile în schimbare. Autoorganizarea este procesul de creare, menținere și îmbunătățire a unui sistem complex fără intervenție de control extern. Auto-organizarea și autoguvernarea într-un sistem viu sunt imposibile fără legături de informare între elementele sale.
Gestiunea individuală în sistemele vii și obiectivele pe care le urmărește sunt de natură pe mai multe niveluri și există o subordonare (ierarhie) între niveluri. Scopul primei comenzi este de a asigura existența sistemului. Se obține prin menținerea unei stări de echilibru non-echilibru. După atingerea acestui obiectiv, sistemul viu menține constanța parametrilor mediului intern - homeostazia (obiectivul de ordinul doi). Homeostazia este o condiție necesară pentru o funcționare de înaltă calitate a sistemului. Scopul ordinii a treia este de a obține indicatori optimi ai existenței unui sistem viu, în special eficiența energetică maximă și fiabilitatea funcționării acestuia. Cel mai important aspect informativ în funcționarea organismelor vii este prezența în ele a așa-numitului feedback. Prinzipombratnyh legături este unul dintre principiile de bază ale auto-managementului și autoorganizării.
Răspunsurile pozitive realizează acest tip de reglementare, care conduce starea sistemului viu de la cel inițial și joacă rolul de "amplificatori" ai proceselor de viață. Acest tip de conexiune există între resursele alimentare nelimitate pentru o anumită specie de animale și numărul acestora. Prezența unei astfel de legături unice ar conduce la o creștere constantă a numărului acestei specii. Răspunsurile negative, dimpotrivă, servesc la menținerea unei situații stabile într-un sistem viu. Ele oferă, de exemplu, numărul optim de populații în biocenoză, temperatura stabilă a corpului și așa mai departe.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: