2. Necesidad de energía (III)

2.3. Disminuye la entropía en los seres vivos

Recordemos el primer principio de la termodinámica, enunciado por primera vez por el físico británico James Prescott Joule

La energía ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma de una forma a otra.

Recordemos también que tanto los seres vivos como todas las máquinas obedecen a este principio, por esa razón necesitan obtener energía para realizar sus funciones vitales. Pero los procesos energéticos no sólo están sujetos al primer principio de la termodinámica. Siempre que se emplea energía para llevar a cabo un proceso, se termina en un estado (situación) más desordenado que el inicial. Para aclarar este punto estudiemos de nuevo el caso del funcionamiento de la locomotora. Antes de empezar a funcionar teníamos la energía "empaquetada" en el carbón y en el oxígeno. Podíamos transportarla allí donde quisiéramos, en forma de energía potencial química almacenada. Una vez utilizado el carbón, la energía producida se ha transformado. Veamos en qué se ha transformado:

1) El humo, que se ha enfriado después de salir por la chimenea, pasando a la atmósfera y produciendo un aumento inapreciable de la temperatura del aire. 

2) El vapor de agua, que ha perdido su energía al mover el pistón del cilindro motor y que finalmente ha pasado a la atmósfera, en donde se ha terminado de enfriar. Como resultado, la energía se "ha perdido" y ya no puede volverse a emplear para obtener mas energía.

Pero, como sabemos, la energía no "ha desaparecido" puesto que sólo se transforma. Lo que ha ocurrido se define en física diciendo que el sistema se ha desordenado. Y lo mismo ocurre cuando disponemos de un recipiente como el de la siguiente figura, en la que el recipiente está separado en dos partes por una pared. En una de estas partes se encuentra un gas a alta presión, mientras que en la otra está la presión atmosférica. Igualmente ocurre con el vapor de agua del depósito de nuestra máquina de tren.

Figura a: Sistema cerrado con dos compartimentos independientes a presiones distintas

1º) Figura a: En esta situación podemos obtener trabajo inyectando el gas a alta presión en un lado del pistón del cilindro, mientras que conectamos el otro lado a la parte de baja presión del recipiente.

2º) Figura b: Pero si ponemos en comunicación ambas partes del recipiente, el gas a alta presión pasará a la parte de baja presión hasta que ambas presiones se igualen.

La energía del sistema será la misma, pero la capacidad de producir trabajo ha desaparecido en este caso b. Cuando teníamos el gas a alta presión en un lado y en el otro el gas a baja presión, estando ambos incomunicados, el sistema estaba ordenado y se componía de dos partes independientes (sistema cerrado). Al mezclarse las dos partes del sistema (sistema abierto) ha crecido el desorden hasta el punto de dejar este sistema inutilizable, aunque contenga la totalidad de la energía.

Figura b: Sistema abierto, donde las presiones tienden a igualarse aumentando el desorden y la entropía

En física, el desorden de un sistema está determinado por una magnitud llamada entropía. El segundo principio de la termodinámica dice:

En toda transformación la entropía total aumenta.

Esto quiere decir que todos lo procesos que ocurren en el universo se realizan de manera que siempre aumenta el desorden global. En otras palabras, la dirección en la que ocurre cualquier transformación es aquélla en la que aumenta la entropía total del sistema y su entorno. En este segundo principio se introduce, por tanto, el concepto de entropía, y se establece que no puede producirse ningún proceso en el que la entropía total disminuya.

formación de un pollo a partir de un huevo
ddesarrollo de un feto en el vientre materno

Sin embargo, como es evidente, los seres vivos se forman aumentando el orden de los sistemas de una manera sorprendente. Uno de los ejemplos más claros es el de la formación de un pollo a partir de un huevo. Sin lugar a dudas este proceso requiere una disminución de entropía. ¿Cómo consiguen los seres vivos disminuir su entropía, lo que implicaría una patente violación del segundo principio de la termodinámica?

 



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La vida en la Tierra. (2006). Sala de Biología. Museo Virtual de la Ciencia del CSIC.  
Financiado por: Programa Nacional del Fomento de la Cultura Científica.Proyecto CICYT: CCT003-05-00170 Año 2006
Autores: José María López Sancho / Esteban Moreno Gómez
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