3.4: Entropia all'interno della cellula

I compiti primari di una cellula vivente di ottenere, trasformare e utilizzare l’energia per svolgere il lavoro possono sembrare semplici. Tuttavia, la seconda legge della termodinamica spiega perché questi compiti sono più difficili di quanto sembri. Nessuno dei trasferimenti di energia nell’universo è completamente efficiente. In ogni trasferimento di energia, una certa quantità di energia viene persa in una forma che è inutilizzabile. Nella maggior parte dei casi, questa forma è l’energia termica. Termodinamicamente, l’energia termica è definita come l’energia trasferita da un sistema all’altro che non funziona. Ad esempio, una parte dell’energia viene persa sotto forma di energia termica durante le reazioni metaboliche cellulari.

Un concetto importante nei sistemi fisici è quello di ordine e disordine. Più energia viene persa da un sistema nell’ambiente circostante, meno ordinato e più casuale è il sistema. Gli scienziati si riferiscono alla misura della casualità o del disordine all’interno di un sistema come entropia. Alta entropia significa alto disordine e bassa energia. Anche le molecole e le reazioni chimiche hanno un’entropia variabile. Ad esempio, l’entropia aumenta man mano che le molecole ad alta concentrazione in un punto si diffondono e si diffondono.

Gli esseri viventi sono altamente ordinati e richiedono un input costante di energia per essere mantenuti in uno stato di bassa entropia. Quando i sistemi viventi assorbono molecole che immagazzinano energia e le trasformano attraverso reazioni chimiche, perdono una certa quantità di energia utilizzabile nel processo perché nessuna reazione è completamente efficiente. Producono anche rifiuti e sottoprodotti che non sono fonti di energia utili. Questo processo aumenta l’entropia dell’ambiente circostante il sistema. Poiché tutti i trasferimenti di energia comportano la perdita di una parte dell’energia utilizzabile, la seconda legge della termodinamica afferma che ogni trasferimento o trasformazione di energia aumenta l’entropia dell’universo. Anche se gli esseri viventi sono altamente ordinati e mantengono uno stato di bassa entropia, l’entropia dell’universo in totale è in costante aumento a causa della perdita di energia utilizzabile ad ogni trasferimento di energia che si verifica. Essenzialmente, gli esseri viventi sono in una continua battaglia in salita contro questo costante aumento dell’entropia universale.

Questo testo è adattato da Openstax Biology 2e, Sezione 6.3 Le Leggi della Termodinamica.