Γιατί η ενεργειακή απόδοση των βιολογικών συστημάτων είναι συνήθως πολύ χαμηλή;
Γιατί τα βιολογικά συστήματα μπορούν να φαίνονται αναποτελεσματικά:
* εντροπία: Όλα τα ζωντανά συστήματα λειτουργούν υπό τους περιορισμούς του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής. Αυτό σημαίνει ότι κάθε μετασχηματισμός ενέργειας οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας ή διαταραχής. Αυτό σημαίνει ότι κάποια ενέργεια χάνεται πάντα ως θερμότητα, καθιστώντας τις βιολογικές διεργασίες λιγότερο από 100% αποτελεσματικές.
* πλεονασμός: Τα βιολογικά συστήματα συχνά διαθέτουν περιττές οδούς και διαδικασίες. Ενώ αυτό παρέχει ευρωστία και ανθεκτικότητα, μπορεί να οδηγήσει σε κάποια ενέργεια που δαπανάται σε καθήκοντα που μπορεί να μην είναι αυστηρά απαραίτητα.
* εξελικτικά συμβιβασμούς: Οι οργανισμοί έχουν εξελιχθεί για να είναι αποτελεσματικοί σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα και σε συγκεκριμένα καθήκοντα. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι είναι λιγότερο αποτελεσματικά σε άλλα πλαίσια. Για παράδειγμα, ένα εργοστάσιο μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικό στη φωτοσύνθεση, αλλά αναποτελεσματική στη μεταφορά νερού.
* Εστίαση στην επιβίωση και την αναπαραγωγή: Τα βιολογικά συστήματα δίνουν προτεραιότητα στην επιβίωση και την αναπαραγωγή σε σχέση με τη μεγιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε συμβιβασμούς προς αποτελεσματικότητα υπέρ άλλων βιολογικών λειτουργιών.
Γιατί τα βιολογικά συστήματα μπορεί να είναι εκπληκτικά αποτελεσματικά:
* Ειδικά ένζυμα: Τα ένζυμα είναι εξαιρετικά αποδοτικοί καταλύτες που μπορούν να επιταχύνουν συγκεκριμένες αντιδράσεις με τάξεις μεγέθους. Αυτό επιτρέπει στα βιολογικά συστήματα να πραγματοποιούν σύνθετες διαδικασίες σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και πιέσεις.
* διαχωρισμός: Τα οργανίδια εντός των κυττάρων και των οργάνων εντός των οργανισμών επιτρέπουν την εξειδίκευση και την αποτελεσματική κατανομή των πόρων. Αυτό ελαχιστοποιεί τα ενεργειακά απόβλητα κατευθύνοντας την ενέργεια όπου χρειάζεται.
* Βρόχοι ρύθμισης και ανατροφοδότησης: Τα ζωντανά συστήματα διαθέτουν περίπλοκες ρυθμιστικούς μηχανισμούς που εξασφαλίζουν αποτελεσματική κατανομή των πόρων και αποτρέπουν τις δάστριες διαδικασίες.
Συμπέρασμα:
Ενώ τα βιολογικά συστήματα μπορεί να μην επιτύχουν τα ίδια επίπεδα αποτελεσματικότητας με ορισμένα ανθρωπογενή συστήματα, είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά λαμβάνοντας υπόψη την πολυπλοκότητα και την ποικιλομορφία της ζωής. Συχνά βελτιστοποιούνται για επιβίωση και αναπαραγωγή σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα και διαθέτουν μηχανισμούς για τη βελτιστοποίηση της χρήσης ενέργειας. Είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε τα διάφορα συμβιβασμούς και τις εκτιμήσεις που συμβάλλουν στην αποτελεσματικότητά τους στο πλαίσιο των βιολογικών τους λειτουργιών.
