熱力学の最初の法則:エネルギーの保存
* 生物はエネルギーを作成できません: 彼らは環境からそれを取得する必要があります。
* エネルギーが変換され、破壊されません: 生物は1つの形でエネルギーを摂取し(たとえば、日光、食物)、それを他の形態(たとえば、ATPの化学エネルギー、動きのための運動エネルギー)に変換します。
熱力学の第2法則:エントロピー
* エネルギー変換は非効率的です: それぞれの変換中に熱としていくらかのエネルギーが失われます。この失われたエネルギーは、システムのエントロピー(障害)を増加させます。
* 生物には、一定のエネルギー入力が必要です: 組織を維持し、生命プロセスを実行するために、生物はエントロピーを増やす傾向に対抗するためにエネルギーを継続的に供給する必要があります。
特定の例:
* 光合成: 植物は、(太陽から)光エネルギーをグルコース分子の結合に保存された化学エネルギーに変換します。このプロセスは100%効率的ではありません。熱としてエネルギーが失われます。
* 細胞呼吸: 生物はグルコース分子を分解してエネルギー(ATP)を放出します。繰り返しますが、このプロセスは完全に効率的ではなく、熱としてエネルギーが失われます。
* フードウェブ: エネルギーは生態系を流れます。生産者(植物)は日光エネルギーを獲得し、消費者と分解者に渡されます。エネルギーが食物網を通過すると、それぞれの移動とともに熱として徐々に失われ、主要生産者よりも上位の捕食者が少ない理由を説明します。
生物への影響:
* 生物は、ニーズを満たすのに十分なエネルギーを消費する必要があります: 彼らは、代謝プロセス中に失われたエネルギーを補うために十分に食べる必要があります。
* エネルギーの流れはエコシステムを形成します: エネルギー移動の効率は、生態系内の集団のサイズと構造に影響します。
* エネルギー摂取量と支出のバランスが重要です: 生物は、エネルギー摂取量(食物)とエネルギー消費(代謝、成長、動き)のバランスを維持して、生き残り、繁栄する必要があります。
要約すると、エネルギー変換の法則は、生物がエネルギーを獲得、利用、および失う方法を支配する基本原則です。これらの法律を理解することは、人生の複雑で相互に関連した性質を理解するのに役立ちます。