Las leyes de la TERMODINÁMICA en los SERES VIVOS

Nutrimente

15 Jun 202014:36

Summary

TLDREste video explora las leyes de la termodinámica en seres vivos, enfocándose en la conservación de energía y su transformación en sistemas abiertos. Expone cómo los organismos mantienen su estructura ordenada a pesar de la tendencia universal a la entropía. Se discuten la eficiencia energética en procesos biológicos y cómo la vida se mantiene a través de la transferencia de energía y materia con el entorno, cumpliendo así con los principios de la termodinámica y la teoría del no equilibrio propuesta por Schrödinger.

Takeaways

🔄 La primera ley de la termodinámica establece que la energía en el universo, considerado como un sistema aislado, permanece constante.
🌱 Los sistemas biológicos son abiertos y pueden intercambiar materia y energía con su entorno, pero siguen el principio de conservación de la energía.
♻️ La eficiencia energética en los organismos vivos puede ser mucho mayor que en las máquinas, como en los organismos bioluminiscentes que pueden tener una eficiencia cercana al 100%.
🌡️ La segunda ley de la termodinámica se refiere a la dirección de los procesos espontáneos, que tienden a homogeneizar el sistema y disipar la energía útil hasta alcanzar un estado de equilibrio.
🔋 Los gradientes y desequilibrios son fundamentales para los procesos energéticos en la naturaleza, ya que son la fuente de las fuerzas que conducen a transformaciones energéticas.
🌡️ La temperatura juega un papel crucial en la transferencia de energía, como se ve en la disipación de calor de un objeto caliente a uno frío.
🔬 La entropía, medida en términos de calor y temperatura, es un indicador de la cantidad de energía que se disipa y es clave para entender la dirección de los procesos termodinámicos.
🧬 La vida, según Erwin Schrödinger, implica la coexistencia de dos procesos esenciales: la generación de orden a partir de orden y la generación de orden a partir de desorden.
🌿 Los organismos vivos mantienen su estructura ordenada a través de la auto-replicación y la generación de variaciones heredables, lo que les permite adaptarse y evolucionar.
🌐 Los sistemas biológicos pueden ser considerados en estado estacionario, donde los procesos internos y externos están en un equilibrio dinámico, permitiendo la vida en un universo que tiende a la entropía máxima.

Q & A

¿Qué ley de la termodinámica afirma que la energía del universo es constante?
-La primera ley de la termodinámica establece que la energía del universo permanece constante, lo que significa que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma.
¿Cómo se relaciona la termodinámica con los sistemas biológicos abiertos?
-Los sistemas biológicos abiertos pueden intercambiar materia y energía con su entorno. Aunque el principio de conservación de la energía sigue siendo válido, la energía útil se transforma en energía no aprovechable, como el calor.
¿Qué implica la observación de que el calor no puede transformarse en trabajo sin restricciones?
-Esta observación indica que no todas las formas de energía son completamente convertibles en otras, lo que generó el concepto de desequilibrio en la transferencia de energía y la eficiencia de los procesos energéticos.
¿Cuál es la eficiencia de los organismos bioluminiscentes en la conversión de energía a luz?
-Los organismos bioluminiscentes tienen una eficiencia energética cercana al 100%, lo que significa que la mayoría de la energía se convierte en luz y no en calor.
¿Cómo se describe el proceso de oxidación de carbohidratos en los seres vivos?
-La oxidación controlada de carbohidratos en los seres vivos convierte la energía almacenada en los enlaces químicos en otras formas de energía útil, siguiendo la reacción global glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua + energía.
¿Qué es la segunda ley de la termodinámica y qué implica para los procesos espontáneos?
-La segunda ley de la termodinámica establece que hay una dirección en la que cualquier sistema fuera del equilibrio tiende a moverse, disipando energía y homogeneizando los gradientes hasta alcanzar un estado de equilibrio.
¿Qué es la entropía y cómo se relaciona con el equilibrio de un sistema?
-La entropía es una medida del desorden de un sistema. Un sistema en equilibrio tiene una entropía máxima, lo que significa que no hay más procesos que puedan ocurrir sin la introducción de energía externa.
¿Cómo los organismos vivos mantienen su estructura ordenada en un universo donde la entropía tiende a aumentar?
-Los organismos vivos mantienen su estructura ordenada a través del consumo y procesamiento de energía del ambiente, lo que les permite ejercer funciones vitales y mantener su organización interna a pesar de la tendencia universal a un aumento de la entropía.
¿Qué contribución científica hizo Erwin Schrödinger al entender la vida desde una perspectiva termodinámica?
-Erwin Schrödinger, en su libro '¿Es la vida reding?', propuso que los organismos vivos pueden generar orden a partir de desorden y viceversa, y sugirió que la información genética podría estar almacenada en una 'estructura periódica', una idea que anticipaba la descripción de la estructura del ADN.
¿Cómo se concilia la autoorganización biológica con los principios de la termodinámica?
-La autoorganización biológica se concilia con la termodinámica considerando a los organismos vivos como sistemas abiertos que, a través de flujos de materia y energía, mantienen su organización interna y aumentan la entropía de su entorno.

Outlines

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🔬 Leyes de la termodinámica en los seres vivos

El primer párrafo introduce las leyes de la termodinámica y su aplicación en los seres vivos. Se discute la conservación de la energía en el universo, considerando el sistema aislado, y cómo los sistemas biológicos, a pesar de ser abiertos y poder intercambiar materia y energía con su entorno, siguen cumpliendo con el principio de conservación de energía. Se destaca que, aunque la energía total se mantiene constante, parte de ella se transforma en formas no útiles, como el calor, durante los procesos energéticos. Además, se menciona la eficiencia de las máquinas y organismos vivos en la conversión de energía, con ejemplos como las locomotoras de vapor, motores fósiles, celdas solares y organismos bioluminiscentes.

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🌡 La segunda ley de la termodinámica y su relación con los organismos vivos

El segundo párrafo se enfoca en la segunda ley de la termodinámica, que establece la dirección de los procesos naturales y cómo estos tienden a la homogeneización y al equilibrio. Se describe cómo los desniveles energéticos son necesarios para la transformación de energía y cómo la entropía, medida como el cambio o transformación, juega un papel crucial en la dirección de los procesos espontáneos. Se menciona el trabajo de Rudolf Clausius en la formalización de la entropía y cómo esta concepto ayuda a entender la tendencia del universo hacia un estado de mayor desorden. Además, se plantea la cuestión de cómo los organismos vivos, que son sistemas altamente ordenados, pueden existir y mantenerse en un universo que tiende a la entropía máxima.

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🌿 La vida y la termodinámica: la solución de Erwin Schrödinger

El tercer párrafo explora cómo la vida, a pesar de ser una serie de sistemas altamente ordenados, se mantiene y evoluciona dentro de un marco termodinámico que favorece la entropía. Se presenta la contribución de Erwin Schrödinger, quien argumentó que los organismos vivos generan orden a partir de desorden y viceversa. Se discute la idea de que la información genética, almacenada en el ADN, es fundamental para la replicación y variación heredable de los organismos. También se aborda la noción de que los sistemas vivos están en un estado estacionario, manteniéndose a través de la interacción constante con su entorno y la transformación eficiente de la energía. Finalmente, se concilia la autoorganización biológica con los principios termodinámicos, mostrando cómo los organismos vivos incrementan su orden interno a costa de generar desorden en su ambiente.

Mindmap

Keywords

💡Termodinámica

La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía y su transformación. En el video, se relaciona con los seres vivos y cómo la energía se mantiene constante dentro del universo, a pesar de las transformaciones que ocurren en sistemas aislados, lo cual es fundamental para entender la primera ley de la termodinámica.

💡Energía

Es un concepto central en la termodinámica y en el video se discute cómo la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. En los seres vivos, la energía se transforma de formas útiles a formas menos útiles, como calor, lo que es clave para entender los procesos energéticos en los organismos.

💡Sistemas abiertos

Un sistema abierto es aquel que puede intercambiar materia y energía con su entorno. En el video, se menciona que los sistemas biológicos son abiertos y que a pesar de esto, sigue cumpliéndose el principio de conservación de la energía, aunque la energía útil se convierte en energía no reutilizable.

💡Primera ley de la termodinámica

Esta ley establece que la energía en un universo considerado como un sistema aislado es constante. En el video, se utiliza para explicar que la energía en los seres vivos, aunque se transforme, no se destruye, manteniendo así la conservación de energía.

💡Eficiencia energética

La eficiencia energética se refiere a la cantidad de energía que se puede utilizar en comparación con la energía total disponible. En el video, se discute cómo diferentes sistemas, desde locomotoras de vapor hasta organismos vivos, tienen niveles de eficiencia variados en la conversión de energía.

💡Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso por el cual algunas células convierten la luz solar en energía química. En el video, se destaca cómo los pigmentos en las células fotosintéticas son altamente eficientes para capturar la luz y convertirla en energía.

💡Metabolismo celular

El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de las células para producir y utilizar energía. En el video, se compara con el proceso de combustión, destacando cómo los seres vivos controlan la liberación de energía de los carbohidratos.

💡Segunda ley de la termodinámica

Esta ley establece que la entropía del universo tiende a un máximo, lo que implica que los procesos naturales ocurren en una dirección y no se pueden revertir completamente. En el video, se discute cómo los organismos vivos, a pesar de ser sistemas no en equilibrio, cumplen con esta ley al generar orden interno a costa de aumentar el desorden en su entorno.

💡Entropía

La entropía es una medida de la desorden o la dispersión de la energía en un sistema. En el video, se relaciona con la idea de que los procesos naturales tienden a aumentar el desorden y, por lo tanto, la entropía, hasta alcanzar un estado de equilibrio.

💡Autoorganización

La autoorganización se refiere a la capacidad de los sistemas para dar forma a sí mismos sin necesidad de control externo. En el video, se menciona cómo la vida se ha desarrollado a través de la autoorganización de la materia, formando estructuras complejas como las células y los organismos.

💡Estado estacionario

Un sistema en estado estacionario es aquel que mantiene su comportamiento a pesar de los procesos internos, debido a que estos procesos están en equilibrio. En el video, se discute cómo los sistemas biológicos pueden ser considerados como sistemas en estado estacionario, manteniendo su organización a través de procesos balanceados.

Highlights

La primera ley de la termodinámica establece que la energía en el universo es constante.

Los sistemas biológicos son abiertos y pueden intercambiar materia y energía con su entorno.

La energía perdida por un organismo es igual a la ganada por su entorno.

La segunda ley de la termodinámica indica que el calor no puede ser completamente transformado en trabajo.

La eficiencia energética de los organismos bioluminiscentes es cercana al 100%.

Los organismos fotosintéticos tienen moléculas de pigmentos altamente eficientes para atrapar la luz.

El metabolismo celular en mamíferos es similar al proceso de combustión, pero controlado y eficiente.

La reacción global de la oxidación de glucosa muestra la relación entre energía y termodinámica.

Los procesos naturales ocurren en una dirección específica y no en la inversa.

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía del universo tiende a un máximo.

La entropía es un indicador de la dirección de los procesos espontáneos en sistemas aislados.

Los organismos vivos mantienen su estructura ordenada a pesar de la tendencia universal de la entropía a aumentar.

Erwin Schrödinger propuso que la vida podría generar orden a partir de desorden.

Los sistemas biológicos están en un estado estacionario, no en equilibrio, debido a la constante interacción con su entorno.

Los organismos vivos ganan orden interno a expensas de generar desorden en su ambiente.

La termodinámica se aplica a los sistemas biológicos, mostrando que la entropía del conjunto organismo-ambiente aumenta.

La autoorganización biológica se ha reconciliado con la termodinámica a través del concepto de sistemas no equilibrados.

Se recomienda ver el video varias veces para comprender mejor los conceptos de termodinámica aplicada a la biología.