A termodinamika törvényei fontos egységesítő alapelvei biológia. Ezek az alapelvek szabályozzák az összes biológiai organizmus kémiai folyamatait (anyagcserét). A termodinamika első törvénye, más néven: az energiamegtakarításról szóló törvényszerint az energiát sem nem lehet sem létrehozni, sem pusztítani. Előfordulhat, hogy az egyik formáról a másikra változik, de a energia zárt rendszerben állandó marad.
A termodinamikai második törvény kimondja, hogy amikor az energia átadódik, az átviteli folyamat végén kevesebb energia lesz elérhető, mint az elején. Az entrópia miatt, amely a rendellenesség mértéke egy zárt rendszerben, az összes rendelkezésre álló energia nem lesz hasznos a szervezet számára. Az entrópia növekszik az energia átadásakor.
A termodinamikai törvények mellett a sejtelmélet, a génelmélet, az evolúció és a homeosztázis képezi azokat az alapelveket, amelyek az élet tanulmányozásának alapját képezik.
A biológiai rendszerek termodinamikai első törvénye
Minden biológiai szervezetnek energiára van szüksége a túléléshez. Egy zárt rendszerben, mint például a világegyetem, ezt az energiát nem fogyasztják, hanem átalakítják egyik alakjából a másikba. A cellák például számos fontos folyamatot végrehajtanak. Ezek a folyamatok energiát igényelnek. Ban ben
fotoszintézis, az energiát a nap biztosítja. A fényenergiát a növényi levelek sejtjei abszorbeálják és kémiai energiává alakítják. A kémiai energiát glükóz formájában tárolják, amelyet komplex szénhidrátok képzésére használnak fel, amelyek a növényi tömeg felépítéséhez szükségesek.A glükózban tárolt energia celluláris légzés útján is felszabadulhat. Ez a folyamat lehetővé teszi a növényi és állati szervezetek számára, hogy az ATP előállítása révén hozzáférjenek a szénhidrátokban, lipidekben és más makromolekulákban tárolt energiához. Erre az energiára van szükség olyan sejtfunkciók elvégzéséhez, mint például a DNS replikáció, mitózis, meiozis, sejtmozgás, endocitózis, exocitózis és apoptózis.
A biológiai rendszerek termodinamikai második törvénye
Más biológiai folyamatokhoz hasonlóan az energiaátadás sem 100% -ban hatékony. Például a fotoszintézis során a növény nem engedi meg teljes fényenergiát. Néhány energia visszatükröződik, és részben hő veszti el. Az energiavesztés a környező környezethez rendellenességek vagy entrópia növekedéséhez vezet. A növényektől és más fotoszintetikus szervezetektől eltérően az állatok nem képesek energiát közvetlenül a napfényből előállítani. Energiafelhasználás céljából növényeket vagy más állati szervezeteket kell fogyasztaniuk.
Minél magasabb a szervezet egy táplálékláncon, annál kevesebb energiát kap az élelmiszer-forrásaiból. Ennek az energianek nagy része elveszik az anyagcsere-folyamatok során, amelyeket a termelők és az elsődleges fogyasztók fogyasztanak, és amelyeket megesznek. Ezért sokkal kevesebb energia áll rendelkezésre a magasabb trópuszintű szervezetek számára. (A trofikus szintek olyan csoportok, amelyek segítenek az ökológusoknak megérteni az összes élőlény specifikus szerepét az ökoszisztémában.) Minél alacsonyabb a rendelkezésre álló energia, annál kevesebb az organizmus támogatható. Ezért van az ökoszisztémában több termelő, mint fogyasztó.
Az élő rendszerek állandó energiafelhasználást igényelnek, hogy megőrizzék rendkívül rendezett állapotukat. A cellák például rendkívül rendben vannak és alacsony entrópiájúak. Ennek a rendnek a fenntartása során energia veszít a környezetbe, vagy átalakul. Tehát amíg a sejteket elrendezzük, az adott rend fenntartása érdekében végrehajtott folyamatok növelik az entrópiát a sejt / szervezet környezetében. Az energiaátvitel növeli az entrópiát az univerzumban.