¿La entropía aumenta o disminuye durante la transformación del huevo en pollo?

¿La entropía aumenta o disminuye durante la transformación del huevo en pollo?
Anonim

Responder:

Considerando el huevo desde el punto de vista de la termodinámica estadística, aumenta.

Sin embargo, cuando se incluye la contribución de entropía negativa de la expresión génica requerida para sostener el crecimiento en un pollito, Sánchez propone la entropía general para: disminución.

Explicación:

La definición de entropía puede ser ambigua en términos de conceptualización. La parte del "grado de aleatoriedad" es realmente difícil de visualizar sin definir mejor qué es el "desorden".

DESCRIPCIÓN ENTROPIA GENERAL

A simple vista, una gallina puede parecer más "regular" que un huevo, dado que es más sólido. Pero, hay varios puntos a considerar:

  • Si considera origen (0,0,0) y esparce algunos puntos al azar alrededor de él (a una constante # r # digamos), después de muchos intentos será una esfera. Ahora hazlo al azar # r # 's y encontrarás una estructura esférica borrosa, como:

Acabamos de definir la densidad de probabilidad de un huevo (ovoide) a lo largo del tiempo, pero la densidad de probabilidad de un pollito está menos definida (más difícil de graficar).

Por lo tanto, el pollito tiene potencial para ser más entrópico desde el punto de vista de un trastorno tradicional (con respecto a la mecánica cuántica).

Además, considerando las estructuras de proteínas moleculares en el huevo, son bastante simples. Pero forman proteínas mucho más complejas en el proceso de desarrollo embriológico.

Aquí, vemos que la entropía según no biológico consideraciones aumenta de huevo a pollo, dada la incrementar En la complejidad de las proteínas. Llamemos a esto #DeltaS_ "huevo muerto" #.

Por la segunda ley de la termodinámica, #DeltaS_ "huevo muerto"> = q / T #, y dado que el calor debe fluir hacia el huevo mientras la gallina madre lo prepara para incubar, esto significaría #q> 0 # y por lo tanto #DeltaS> 0 #.

El huevo siempre libera calor y la madre lo absorbe lentamente para que el huevo esté continuamente en equilibrio. Y si no existe la madre (o, una incubadora, que hace lo mismo), el huevo libera rápidamente el calor, haciendo imposible el proceso de desarrollo.

TRATAR ESTO CON MECÁNICA ESTADÍSTICA

A continuación, consideremos lo que se conoce como La definición de boltzmann de la entropía.:

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

dónde #k_ text {B} # es la constante de Boltzmann y #Omega# es el número de "microestados" consistente con el macroestado dado observable.

Microstates son el número de formas en que puede pensar que un sistema puede reconstruirse manteniendo el mismo macroestado observado. Digamos que tienes una casa y todas las permutaciones de los ladrillos siempre te dejarán con la misma casa (los observables macroscópicos deben ser los mismos). Por lo tanto, su casa es un "conjunto promedio" de todos estos microestados, para una observación macroscópica dada de la casa.

Que le pasa a nuestro huevo#-># historia de chicas en este punto?

Nuestro sistema es un gran conjunto canónico casi perfecto, permite el intercambio de partículas de calor (en su mayoría # CO_2 # y # H_2O # a través de los poros) y energía con un baño de calor, casi a temperatura constante.

El número de microsistemas accesibles a un huevo son Menos Que son accesibles al polluelo. Al ser más simples las moléculas en un huevo, esto deja relativamente menos formas de organizar los átomos para devolver el mismo macroestado de huevo.

Considerando que, un polluelo, con proteínas mucho más complejas, etc., tiene más microestados para un macroestado dado del polluelo (¡esté vivo o no!).

Por lo tanto, la componente no biológico a la entropía del huevo (sin consideraciones para sostener el crecimiento embrionario), como llamamos #DeltaS_ "huevo muerto" #, es positivo.

Una vez más, esto supone que el huevo no está vivo.

CONSIDERANDO ENTROPIA DEBIDO A LA EXPRESIÓN DEL GENE

Ahora, también debemos incluir el componente biológico a la entropía; es decir, La entropía debida a la expresión génica. Requerido para sostener el crecimiento del huevo.

Resulta que Sanchez propone al final de su artículo, aunque su "intento es ciertamente grosero" (sus palabras), es suficiente para establecer que la entropía debida a la expresión génica, lo que él llama #DeltaS_ "gene" #, es negativo.

A mitad del papel, afirma que:

#DeltaS_ "living" = DeltaS_ "class" + DeltaS_ "gene" <0 #

o en la notación utilizada en esta respuesta:

#color (azul) (DeltaS_ "huevo" ^ "chica" = DeltaS_ "huevo muerto" + DeltaS_ "gen" <0) #

Es decir, la entropía debida a la expresión génica necesaria para sostener la vida del pollito a medida que nace es suficientemente negativo que la diferencia de entropía general entre el huevo y el pollito desarrollado (#DeltaS_ "egg" ^ "chick" #) es negativo.