La termodinámica biológica (Termodinámica de sistemas biológicos) es una ciencia que explica la naturaleza y las leyes generales de los procesos termodinámicos que ocurren en los organismos vivos como sistemas termodinámicos de desequilibrio que convierten la energía del Sol y los alimentos en otros tipos de energía. El estado termodinámico de desequilibrio de los organismos vivos está garantizado por la alternancia continua de ciclos de reacciones bioquímicas controladas, acompañadas de la liberación y absorción de energía, lo que les confiere las propiedades de adaptación fenotípica y varias otras.
En 1935 se publicó el primer trabajo científico dedicado a la termodinámica de los sistemas biológicos: el libro del biólogo teórico húngaro-ruso Erwin S. Bauer (1890-1938) "Biología teórica". [1] E. Bauer formuló la "Ley Universal de la Biología" en la siguiente edición: "Todos y sólo los sistemas vivos nunca están en equilibrio y realizan un trabajo constante a expensas de su energía libre contra el equilibrio requerido por las leyes de la física y química bajo las condiciones externas existentes". Esta ley puede considerarse la primera ley de la termodinámica de los sistemas biológicos.
En 1957, el médico y bioquímico alemán-británico Hans Krebs y el bioquímico británico-estadounidense Hans Kornberg [2] describieron por primera vez en el libro "Energy Transformations in Living Matter" la termodinámica de las reacciones bioquímicas. En sus trabajos, H. Krebs y Hans Kornberg demostraron cómo en las células vivas, como resultado de reacciones bioquímicas, se sintetiza trifosfato de adenosina (ATP) a partir de los alimentos, que es la principal fuente de energía de los organismos vivos ( ciclo de Krebs-Kornberg ). .
En 2006, el científico ruso-israelí Boris Dobroborsky (1945) publicó el libro "Termodinámica de los sistemas biológicos", [3] en el que se formularon por primera vez los principios generales del funcionamiento de los organismos vivos desde la perspectiva de la termodinámica del desequilibrio y se Se explicó la naturaleza y propiedades de sus funciones fisiológicas básicas.
Un organismo vivo es un sistema termodinámico de tipo activo (en el que se producen transformaciones de energía), que lucha por alcanzar un estado termodinámico estable de desequilibrio. El estado termodinámico de desequilibrio en las plantas se logra mediante la alternancia continua de fases de consumo de energía solar como resultado de la fotosíntesis y reacciones bioquímicas posteriores, como resultado de lo cual se sintetiza trifosfato de adenosina (ATP) durante el día y la posterior liberación de energía durante el día. la división del ATP principalmente en la oscuridad. Así, una de las condiciones para la existencia de vida en la Tierra es la alternancia de horas de luz y oscuridad del día.
En los animales, los procesos de ciclos alternos de reacciones bioquímicas de síntesis y escisión de ATP ocurren automáticamente. Además, los procesos de ciclos alternos de reacciones bioquímicas a nivel de órganos, sistemas y de todo el organismo, por ejemplo, la respiración, las contracciones del corazón y otros, ocurren en diferentes períodos y se manifiestan externamente en forma de biorritmos. Al mismo tiempo, la estabilidad del estado termodinámico de desequilibrio, óptimo en determinadas condiciones de actividad vital, la proporcionan los sistemas de retroalimentación mediante la regulación de reacciones bioquímicas de acuerdo con la teoría de la estabilidad de Lyapunov . Este principio de actividad vital fue formulado por B. Dobroborsky en forma de la segunda ley de la termodinámica de los sistemas biológicos con la siguiente redacción:
La estabilidad del estado termodinámico de desequilibrio de los sistemas biológicos está garantizada por la alternancia continua de fases de consumo y liberación de energía a través de reacciones controladas de síntesis y escisión de ATP.
De esta ley se derivan las siguientes consecuencias:
1. En los organismos vivos ningún proceso puede ocurrir de forma continua, sino que debe alternarse en sentido contrario: inhalación con exhalación, trabajo con descanso, vigilia con sueño, síntesis con escisión, etc.
2. El estado de un organismo vivo nunca es estático, y todos sus parámetros fisiológicos y energéticos están siempre en un estado de fluctuaciones continuas con respecto a los valores medios tanto en frecuencia como en amplitud.
Este principio de funcionamiento de los organismos vivos les confiere las propiedades de adaptación fenotípica y muchas otras.