Základní úkoly živé buňky spočívající v získávání, přeměně a využívání energie k práci se mohou zdát jednoduché. Druhý termodynamický zákon však vysvětluje, proč jsou tyto úkoly těžší, než se zdá. Žádný z přenosů energie, o kterých jsme hovořili, spolu se všemi přenosy a přeměnami energie ve vesmíru, není zcela efektivní. Při každém přenosu energie se určité množství energie ztratí ve formě, která je nevyužitelná. Ve většině případů je touto formou tepelná energie. Termodynamicky je tepelná energie definována jako energie přenášená z jednoho systému do druhého, která nevykonává práci. Například když letadlo letí vzduchem, část energie letícího letadla se ztrácí jako tepelná energie v důsledku tření o okolní vzduch. Toto tření ve skutečnosti ohřívá vzduch tím, že dočasně zvyšuje rychlost molekul vzduchu. Podobně se část energie ztrácí jako tepelná energie při metabolických reakcích v buňkách. To je dobré pro teplokrevné tvory, jako jsme my, protože tepelná energie pomáhá udržovat naši tělesnou teplotu. Přísně vzato, žádný přenos energie není zcela efektivní, protože část energie se ztratí v nevyužitelné formě.

Obrázek 1. Uspořádání pevných látek. Entropie je mírou náhodnosti nebo neuspořádanosti systému. Plyny mají vyšší entropii než kapaliny a kapaliny mají vyšší entropii než pevné látky.

Důležitým pojmem ve fyzikálních systémech je pojem řádu a neuspořádanosti (známý také jako náhodnost). Čím více energie systém ztrácí do svého okolí, tím je systém méně uspořádaný a více náhodný. Vědci označují míru nahodilosti nebo neuspořádanosti v systému jako entropii. Vysoká entropie znamená vysokou neuspořádanost a nízkou energii (obrázek 1). Pro lepší pochopení entropie si představte studentský pokoj. Kdyby se do ní nevkládala žádná energie nebo práce, pokoj by se rychle stal nepořádkem. Existovala by ve velmi neuspořádaném stavu, ve stavu vysoké entropie. Aby se pokoj vrátil do stavu čistoty a pořádku, je třeba do něj vložit energii v podobě práce studenta, který vše uklidí. Tento stav je stavem nízké entropie. Podobně auto nebo dům musí být neustále udržovány prací, aby se udržely v uspořádaném stavu. Necháme-li dům nebo auto o samotě, entropie se postupně zvyšuje v důsledku koroze a degradace. Také molekuly a chemické reakce mají různou míru entropie. Například když chemické reakce dosáhnou rovnovážného stavu, entropie se zvyšuje, a když se molekuly s vysokou koncentrací na jednom místě rozptylují a šíří, entropie se také zvyšuje.

Takto lze uvažovat o všech fyzikálních systémech: Živé organismy jsou vysoce uspořádané a vyžadují neustálý přísun energie, aby se udržely ve stavu nízké entropie. Když živé systémy přijímají molekuly uchovávající energii a přeměňují je prostřednictvím chemických reakcí, ztrácejí při tom určité množství využitelné energie, protože žádná reakce není zcela účinná. Vznikají také odpady a vedlejší produkty, které nejsou užitečnými zdroji energie. Tento proces zvyšuje entropii okolí systému. Protože všechny přenosy energie vedou ke ztrátě určitého množství využitelné energie, druhý termodynamický zákon říká, že každý přenos nebo přeměna energie zvyšuje entropii vesmíru. I když jsou živé organismy vysoce uspořádané a udržují si stav nízké entropie, celková entropie vesmíru se neustále zvyšuje v důsledku ztráty využitelné energie při každém přenosu energie, ke kterému dochází. V podstatě jsou živé věci v neustálém boji proti tomuto neustálému zvyšování entropie vesmíru.

Přispějte!“

Vylepšete tuto stránkuZjistěte více