Bilim sohasi

4.4-§. TIRIK SISTEMALAR TERMODINAMIKASI

Termodinamikaning dastlabki taraqqiyoti sanoat ishlab chiqarishi talablariniqondirish va uni rivojlantirish bilan bog'liq bo‘lgan. Bu davrda (XIX asr) asosiy yutuqlar ideallashtirilgan: muvozanatli va qaytuvchan jarayonlarga moslab qonunlami aniq ifoda qilish, sikllar metodini va termodinamik potensiallami tadqiqqilishni o‘z ichiga olgan edi.

Biologik sistemalar termodinamikasi bu davrda rivojlanmagan edi. Bu boradagi yorqin istisnolardan biri Mayyer ishidir. U tropik iqlim sharoitida ishlovchi matroslarning vena qoni rangiga qarab energiyaning saqlanish qonunini(termodinamikaning birinchi qonuni) qo‘llash maqsadga muvofiqligini ta ’riflabberdi.
Hayvonlar yashashi uchun ozuqaga muxtoj , shuning uchun ular energiyaga ham muxtoj, chunki ular energiyani sarflaydi,” sarflaydi” deyish juda ham to’g’ri emas termodinamikani birinchi qonunidan bilamizki ular energiya saqlaydi. Tana energiya oladi va uni bir shakldan ikkinchi shaklga o’zgartiradi.Haqiqatdan ham termodinamikaning birinchi qonuni bizni chiqargan xulosalarimizni xatolikka olib kelishi mumkin,hayvonlar tashqi energiya manbayini, ozuqa moddalar molekulalarning kimyoviy bog’laridan topadi va u issiqlikka aylanadi.Agar tananing temperaturasi va og’irligi bir xil bo’lsa va tana tashqi ishlarni bajarmasa u holda tanaga beriladigan energiya issiqlik energiyasiga teng bo’ladi.Agar issiqlikni saqlash yaxshi amalga oshirilsa, issiqlikni chiqib ketishiga yo’l qo’yilmasa, yaxshi izolyatsiya bo’lsa, organizm ozuqa moddalarsiz yashay oladi.Bilamizki bu taxmin noto’g’ri energiyaga muxtojlik termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko’ra amalga oshiriladi¹.
Termodinamikaning ikkinchi asosi (entropiya) va biologik sistemalar bilan bog‘liq bo‘lgan ayrim masalalarni ko’rib chiqish yanada muhimdir.
Biologik obyektlar ochiq termodinamik sistemalar hisoblanadi. Ular atrof muhit bilan ham modda, ham energiya almashinadi.
Umumiy holda aytilganda, tirik organizm statsionar holatda bo’lmaydigan rivojlanuvchi sistemadir. Ammo odatda qandaydir uncha katta bo’lmagan vaqt oralig’ida biologik sistemalar holatini statsionar holat deb qabul qilinadi.
Ayrim masalalarni shunday faraz qilish asosida ko‘rib o‘taylik. Organizm— statsionar sistemasi uchun dS = 0 , S = const, dS_i>0, dS_e<0 deb yozish mumkin. Bu ifodalar katta entropiya oziqlanish mahsulotida emas,balki ajralib chiqayotgan mahsulotda ekanligini bildiradi. Organizm — atrof muhit entropiyasi izolatsiyalangan sistemalardagi kabi ortib boradi, ammo bunda organizmning entropiyasi o`zgarmas saqlanib qoladi. Entropiya sistematartibsizligining o’lchovidir, shu sababli organizmning tartibliligi atrof muhit tartibliligining kamayishi hisobiga saqlanadi, degan xulosa chiqarish mumkin.Ayrim kasalliklar holatlarida biologik sistemalar entropiyasi oshishi mumkin (dS>0) bu statsionar holatning bo‘lmasligi tartibsizlikning yo’qligi bilan bogliq.
Masalan, rak kasalliklarida hujayralaming tartibsiz ravishda ko’payib ketishi yuz beradi. (4.41) formulani qaytadan o’zgartirib,

ko’rinishida yoki statsionar holat uchun (S=const, dS/dt=0)

_{ } (4.12)
ko‘rinishida yozish mumkin.
(4.12) dan ko'rinib turibdiki, organizmning odatdagidek holatida ichki jarayonlar hisobiga yuz beradigan entropiyaning o‘zgarish tezligi, modda almashinuvi va atrof-muhit bilan energiya almashinuvi tufayli bo‘ladigan manfiy qiymatli entropiyaning o‘zgarish tezligiga teng.
Prigojin prinsipiga muvofiq dS_i /dt> 0 va minimaldir; xuddi shuningdek, [-dS_i /dt]ham minimal qiymatga ega bo‘ladi.
Bundan shunday xulosa chiqarish mumkin: atrof-muhit entropiyasining o‘zgarishi organizmning statsionar holati saqlanib qolgan holda ham minimumga ega.
Tirik sistemalar (hujayra, a’zolar, organizm) ishlab turishining asosi diffusion jarayonlar biokimyoviy reaksiyalar, osmotik hodisalarning va hokazo shunga o‘xshashlarning yuz berish sharoitida statsionar holatni quvvatlab turishdan iborat.
Tashqi muhit sharoitlarining o‘zgarishida organizmdagi jarayonlar shunday rivojlanadiki, uning holati avvalgidek statsionar holat bo’lmaydi.
Organizm va biologik strukturalarning tashqi muhit sharoitlariga moslashuvining (adaptatsiya) ayrim termodinamik mezonini ko'rsatish mumkin.
Agar tashqi sharoit o‘zgarsa (haroratning oshishi yoki kamayishi, namlikning o‘zgarishi, atrofni o‘rab turgan havo tarkibining o‘zgarishi va hokazo), lekin organizm (hujayra) statsionar holatni qvvatlab turish qobiliyatiga ega bo'lgani tufayli organizm bu o‘zgarishlarga moslashadi va yashaydi.
Agar organizm tashqi muhit sharoitlarining o'zgarishida statsionar holatini saqlash imkoniyatiga ega bo'lmasa, bu holatdan chetlashsa, bu uning o‘limiga olib keladi, chunki organizm bu vaziyatga moslasha olmadi, ya’ni sharoitning o'zgarishiga mos holda, nisbatan tezlik bilan statsionar holatga kelolmadi.
Oxirida shuni aytish lozimki, ushbu paragrafda keltirilgan mulohazalar, organism – muvozanat holatidan uncha farq qilmaydigan statsionar sistemadir, deyilgan tushunchaga asoslanadi. Bu hodisalar uchun Prigojin prinsipi to‘g‘ri keladi. Tirik organizmlar esa muvozanatli holatdan yiroq turgani sababli qilingan farazlar doirasida, xususan, hujayraning o‘sishi va yangi strukturaning paydobo'lishini tushuntirish mumkin emas. Kuchli muvozanatsiz sistemalar uchunPrigojin — Glansdorf prinsipini hisobga olish zarur, chunki bu prinsipga asosan entropiya hosil bo‘lishi tezligi kamayib boradi.