Производство энтропии и поток энергии в открытых системах

Венгерский и советский биолог-теоретик Эрвин Бауэр (1890—1938) в книге «Теоретическая биология»^[1], опубликованной в 1935 г., отмечал, что характеристикой живых систем является то обстоятельство, что они никогда не бывают в равновесии. Более того, они всё время стараются уйти от равновесия, которое предписывается физическими и химическими законами при данных внешних условиях. То есть живые вещества тратят энергию для сохранения своей структуры, сохраняя прирост энтропии на определенном уровне.

Живые организмы получают энергию от Солнца и из продуктов питания. Далее эта энергия и вещество поддерживают метаболизмы — циклы обмена веществ, непрерывно происходящих в их клетках. Это комплекс разнообразных биохимических реакций расщепления и син теза веществ. Следуя этим циклам, идут постоянные периодические изменения концентрации веществ, которые участвуют в различных биохимических реакциях.

Колебания потребления и выделения энергии и вещества и есть механизмы поддержания устойчивого неравновесного термодинамического состояния.

Эти колебания (биологические ритмы) мы наблюдаем постоянно. Например, дыхание. При вдохе идет обеспечение организма кислородом, а при выдохе — удаление углекислого газа. Процессы вдоха и выдоха имеют разную интенсивность в разное время. В состоянии покоя глубина и интенсивность дыхания незначительны. При активной работе глубина и частота дыхания существенно возрастают. Эго показывает, что физиологические функции оперативно подстраивают свои параметры, сохраняя устойчивые неравновесные термодинамические состояния организма при изменяющихся условиях.

У живых объектов ни один процесс не идет непрерывно, они происходят попеременно в противоположных направлениях: вдох — выдох, работаотдых, бодрствование — сон, синтез — расщепление и т. д.

Это значит, что биоритмы являются одним из механизмов обеспечения устойчивости неравновесного термодинамического состояния живых организмов. Это же и есть механизм поддержания энтропии через ее колебания. Причем эти колебания происходят в противофазе с колебаниями энергии.

• [1] Бауэр Э. С. Теоретическая биология. М.; Л.: Изд-во ВИЭМ, 1935. 206 с.