Erhöht oder verringert sich die Entropie während der Umwandlung von Ei in Hühnchen?

Antworten:

Betrachtet man das Ei vom Standpunkt der statistischen Thermodynamik, nimmt es zu.

Wenn jedoch der negative Entropiebeitrag aus der für die Aufrechterhaltung des Wachstums erforderlichen Genexpression in ein Küken mit einbezogen wird, schlägt Sanchez die Gesamtentropie vor verringern.

Erläuterung:

Die Definition der Entropie kann im Hinblick auf die Konzeptualisierung mehrdeutig sein. Der "Grad der Zufälligkeit" ist wirklich schwer zu visualisieren, ohne weiter zu definieren, was "Störung" ist.

ALLGEMEINE ENTROPY BESCHREIBUNG

Auf den ersten Blick sieht ein Hühnerküken vielleicht "regelmäßiger" aus als ein Ei, da es fester ist. Es gibt jedoch einige Punkte, die zu berücksichtigen sind:

• Wenn Sie den Ursprung (0,0,0) in Betracht ziehen und einige Punkte zufällig um den Punkt streuen (bei einer Konstante) # r # sagen wir, nach vielen Versuchen wird dies eine Kugel sein. Jetzt mache es zufällig # r # und Sie werden eine verschwommene Kugelstruktur finden, wie:

Wir haben gerade die Wahrscheinlichkeitsdichte eines Eies (Ovoid) über die Zeit definiert, aber die Wahrscheinlichkeitsdichte eines Kükens ist weniger klar definiert (schwieriger zu zeichnen).

Daher hat das Küken das Potenzial, von einem traditionellen Standpunkt (in Bezug auf die Quantenmechanik) mehr entropisch zu sein.

In Anbetracht der molekularen Proteinstrukturen im Ei sind sie ziemlich einfach. Sie bilden jedoch viel komplexere Proteine im Prozess der embryologischen Entwicklung.

Hier sehen wir die Entropie nach nicht biologisch Überlegungen erhöht sich vom Ei zum Küken, gegeben die erhöhen, ansteigen in der Komplexität der Proteine. Nennen wir das mal #DeltaS_ "totes Ei" #.

Durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik #DeltaS_ "totes Ei"> = q / T #und da Wärme in das Ei fließen muss, wenn die Mutter es zum Schlüpfen vorbereitet, würde dies bedeuten #q> 0 # und somit #DeltaS> 0 #.

Das Ei gibt immer Wärme ab und die Mutter nimmt die Wärme langsam aus dem Ei auf, so dass sich das Ei ständig im Gleichgewicht befindet. Und wenn es nicht die Mutter gibt (oder einen Inkubator, der dasselbe tut), gibt das Ei schnell die Wärme frei, was den Entwicklungsprozess unmöglich macht.

BEHANDLUNG DIESES MIT STATISTISCHEN MECHANIKEN

Als nächstes betrachten wir das, was bekannt ist Boltzmanns Definition der Entropie:

#S = k_ text {B} ln Omega #,

woher #k_ text {B} # ist die Boltzmann-Konstante und #Omega# ist die Anzahl der "Microstates" konsistent mit dem gegebenen Makrostat beobachtbar.

Microstates So können Sie sich vorstellen, wie ein System aufgebaut werden kann, wobei der gleiche beobachtete Makrostatus gleich bleibt. Nehmen wir an, Sie haben ein Haus, und alle Permutationen der Ziegelsteine werden Sie immer mit demselben Haus verlassen (die makroskopischen Observablen müssen gleich sein). Ihr Haus ist also ein "Ensemble-Durchschnitt" aller dieser Mikrozustände für eine gegebene makroskopische Beobachtung des Hauses.

Was passiert mit unserem Ei?#-># Kükengeschichte an diesem Punkt?

Unser System ist ein nahezu perfektes kanonisches Ensemble, das den Austausch von Partikeln ermöglicht (meistens) # CO_2 # und # H_2O # durch die Poren) und Energie mit einem Wärmebad, fast auf konstanter Temperatur gehalten.

Die Anzahl der Mikrosysteme, die einem Ei zugänglich sind, ist Weniger als das sind für das Küken zugänglich. Da die Moleküle in einem Ei einfacher sind, bleiben auf diese Weise relativ weniger Möglichkeiten vorhanden, um die Atome so anzuordnen, dass sie dasselbe Ei-Makrostat zurückgeben.

Ein Küken mit viel komplexeren Proteinen usw. weist dagegen für ein gegebenes Makrostat des Kükens (ob lebend oder nicht!) Mehr Mikrozustände auf.

Und so kam es dass der nichtbiologische Komponente auf die Entropie des Eies (ohne Rücksicht auf die Aufrechterhaltung des Embryonalwachstums), wie wir es nannten #DeltaS_ "totes Ei" #ist positiv.

Dies setzt wiederum voraus, dass das Ei nicht lebt.

ERWÄHNUNG DER ENTROPY DURCH GEN-EXPRESSION

Nun müssen wir auch die biologische Komponente in die Entropie einbeziehen. das ist, die Entropie aufgrund der Genexpression erforderlich, um das Wachstum des Eies aufrecht zu erhalten.

Wie sich herausstellt, schlägt Sanchez am Ende seines Aufsatzes vor, obwohl sein "Versuch zugegebenermaßen grob" (seine Worte) ist, reicht es aus, die Entropie aufgrund der Genexpression festzustellen, die er nennt #DeltaS_ "Gen" #ist Negativ.

Nach der Hälfte der Zeitung erklärt er:

#DeltaS_ "lebend" = DeltaS_ "Klasse" + DeltaS_ "Gen" <0 #

oder in der in dieser Antwort verwendeten Notation:

#color (blau) (DeltaS_ "Ei" ^ "Küken" = DeltaS_ "totes Ei" + DeltaS_ "Gen" <0) #

Das heißt, die Entropie aufgrund der Genexpression, die notwendig ist, um das Leben des Kükens bei seiner Geburt aufrechtzuerhalten negativ genug dass der Gesamt-Entropieunterschied zwischen dem Ei und dem entwickelten Küken (#DeltaS_ "Ei" ^ "Küken" #) ist Negativ.