Тэрмадынамічнай раўнавагі біялагічнай сістэмы

Тэрмадынаміка называецца раздзел фізікі, які вывучае цеплавую энергію і прынцыпы яе размеркавання па ўсім аб'ёме рэчывы або пэўнай асяроддзя. Гэтая дысцыпліна грунтуецца на некаторых агульных універсальных прынцыпах і выкарыстоўвае дасведчаныя дадзеныя многіх іншых навук. Тэрмадынамічнай раўнавагі з'яўляецца краевугольным каменем гэтай сферы навуковых ведаў.

Адным з найважнейшых і, магчыма, самым спецыфічным уласцівасцю жывых арганізмаў з'яўляецца іх унікальная здольнасць да пераўтварэння энергіі і захоўванню яе ў самых разнастайных формах. Тэрмадынамічнай раўнавагі - гэта такі стан сістэмы, пры якім яе параметры і характарыстыкі не могуць змяніцца з цягам часу без уздзеяння якіх-небудзь знешніх фактараў.

Гэта значыць: тэарэтычна ізаляваная фізічная сістэма, якая складаецца з аднаго або некалькіх фізічных аб'ектаў, можа бясконца быць у стане балансу. Калі парушыць тэрмадынамічнай раўнавагі, любая сістэма будзе імкнуцца вярнуцца да свайго стабільнаму стане самастойна. Гэта адзін з асноўных прынцыпаў фізікі, на якім занадта многае пабудавана і ў нашым жыцці, і ў прыродзе.

Лягчэй усяго прадставіць сабе тэрмадынамічнай раўнавагі на прыкладзе такога натуральнага чалавечага атрыбуту, як тэрмас з гарачай гарбатай, які і ўяўляе сабой тую самую ізаляваную сістэму. Зразумела, тэмпература ў любым пункце рэчывы (у дадзеным выпадку - гарбаты) будзе аднолькавай. Але калі апусціць у тэрмас кубік лёду, тэрмадынамічнай раўнавагі маментальна парушыцца, паколькі паўстане розніца тэмператур у розных участках вадкасці.

Пры гэтым цеплаперадача будзе адбывацца з вобласці больш высокай тэмпературы ў напрамку больш халодных участкаў, пакуль ва ўсім аб'ёме не будзе ўстаноўлена аднастайнасць цеплавога рэжыму. Калі гэта адбудзецца, стабільнасць будзе адноўлена. Так працуе любая тэрмадынамічная сістэма, незалежна ад яе маштабу і колькасці аб'ектаў, з якіх яна складаецца.

Асноўная ўмова раўнавагі, якім з'яўляецца аднолькавы тэмпературны паказчык ва ўсіх кропках сістэмы, асабліва важна для жывых арганізмаў. Усім біялагічным аб'ектах для падтрымання нармальнай жыццядзейнасці патрабуецца рэгулярнае паступленне энергіі. Усе біялагічныя працэсы таксама маюць патрэбу ў стабільнай перадачы цяпла і яго раўнамерным размеркаванні.

Напрыклад, расліны, назапашваючы сонечную энергію, ператвараюць яе ў хімічныя сувязі арганічных рэчываў з дапамогай фотасінтэзу. У арганізме жывёл усё адбываецца з дакладнасцю да наадварот - арганічныя рэчывы, якія атрымліваюцца з ежай, ператвараюцца ў энергію. Усе падобныя працэсы (у прадстаўнікоў як расліннага, так і жывёльнага свету) адбываюцца ў дакладнай адпаведнасці з прынцыпамі тэрмадынамічнай сістэмы.

Асноўныя паняцці тэрмадынамікі ўніверсальныя і непарушныя як для жывых біялагічных сістэм, так і для нежывой прыроды. Прынцыпы тэрмадынамікі абвяшчаюць, што любая сукупнасць звязаных аб'ектаў можа называцца тэрмадынамічнай сістэмай. Розніца толькі ў маштабах і колькасці аб'ектаў. Прыкладамі такіх сістэм могуць служыць клеткі нашага арганізма, сэрца або іншыя ўнутраныя органы. Ўвесь арганізм таксама ў нейкім сэнсе з'яўляецца тэрмадынамічнай сістэмай. Нават такія гіганцкія аб'екты, як біясфера, акіяны таксама ставяцца да гэтага разраду. І яны падпарадкаваны тым жа законах тэрмадынамічнай раўнавагі.