7.2:
القانون الأول للديناميكا الحرارية
7.2:
القانون الأول للديناميكا الحرارية
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أنه لا يمكن إنشاء أو تدمير الطاقة ، بل يتم تحويلها فقط. يمكن إثبات ذلك في شبكة الغذاء الكلاسيكية حيث يتم تسخير الطاقة الضوئية من الشمس كطاقة مشعة بواسطة النباتات ، وتحويلها إلى طاقة كيميائية ، وتخزينها على شكل كربوهيدرات معقدة. ثم تستهلك الحيوانات النبات وأثناء عملية الهضم ، تطلق السكريات الطاقة كحرارة. تنتج السكريات أيضاً طاقة كيميائية إما يتم استخدامها عند القيام بالعمل ، أو تخزينها في جزيئات كبيرة مثل الجليكوجين والأحماض الدهنية أو يستهلكها حيوان مفترس. تتحلل بعد ذلك منتجات النفايات والمواد العضوية الميتة من الحيوانات عن طريق البكتيريا والفطريات وتعاد إلى التربة لتوفير الغذاء للنباتات لتنمو وتستمر الدورة.
القانون الأول للديناميكا الحرارية
أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يتم استخدام الفوتونات لصنع الكربوهيدرات المعقدة التي تستخدمها النباتات للعيش و النمو ، و يتم إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي.
تصبح النباتات في النهاية طعاماً للحيوانات _ الحيوانات العاشبة _ وأثناء عملية الهضم ، يتم تكسير السكريات ويتم إطلاق الطاقة _ إما كحرارة أو لتوفير الطاقة الكيميائية من الجلوكوز ، لدفع العمليات الخلوية التي تسمح للحيوان بالبقاء على قيد الحياة والتكاثر. يمكن أيضاً تخزينها في جزيئات كبيرة كطاقة كيميائية. على سبيل المثال ، يمكن تخزين الجليكوجين في الكبد أو العضلات ويمكن الوصول إليه بسرعة في أوقات ارتفاع الطلب على الطاقة. يمكن أيضاً تخزينه كاحتياطي طاقة في شكل أحماض دهنية. أخيراً ، قد ينقل الحيوان الطاقة إلى حيوان مفترس _ آكلة اللحوم ، والتي ستستخدمها بطريقة مماثلة.
كما يتم إرجاع النفايات من كل خطوة إلى الهواء أو الماء أو التربة و تستخدم للحفاظ على شبكة الغذاء. تتغذى المُحلِّلات مثل البكتيريا والفطريات على المواد العضوية الميتة وتعيدها إلى التربة بحيث يمكن للنباتات استخدامها مرة أخرى للنمو.
Suggested Reading
Garcia, Hernan G., Jane Kondev, Nigel Orme, Julie A. Theriot, and Rob Phillips. “Thermodynamics of Biological Processes.” Methods in Enzymology 492 (2011): 27–59. [Source]