CAMPBELL-REECE : Pengantar Metabolisme | Bagian 3

HUKUM TRANSFORMASI ENERGI

Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari transformasi energi dalam sekumpulan materi. Para ilmuwan menggunakan istilah sistem untuk materi yang dipelajari dan semesta untuk menyatakan semua bagian lain di luar materi. 

Dalam sistem terbuka (open system) antara sistem dan semesta dapat terjadi transfer energi antara keduanya, contoh sistem terbuka adalah organisme mengambil energi dari lingkungan dan mengeluarkan zat sisa. Sedangkan sistem tertutup (closed system) tidak memungkinkan terjadinya tansfer energi antara sistem dan semesta, contohnya adalah air panas di dalam termos. Dimana panas dari air terkunci di dalam termos dan tidak dapat keluar.

Untuk mengetahui karakteristik transfer energi antara sistem dan lingkungan, kita perlu memahami Hukum Termodinamika.

• Hukum Pertama Termodinamika

Hukum pertama Termodinamika menyatakan bahwa energi dapat ditransferkan atau ditransformasikan, namun tidak dapat dihilangkan, sehingga energi bersifat konstan. Pernyataan ini merupakan prinsip kekekalan energi.

Sebagai contoh adalah seekor singa dapat mengubah energi kimia dari makanannya dan mengubahnya menjadi energi untuk menggerakkan ototnya untuk berlari. Kemudian pertanyaannya adalah bagaimana kondisi energi tersebut setelah singa melakukan kerja atau berlari? hal ini akan dibahas dalam Hukum Kedua Termodinamika 

 

• Hukum Kedua Termodinamika

Dalam transfer atau transformasi energi, energi diubah menjadi energi yang dapat digunakan (usable) dan energi yang tidak dapat digunakan (unuseble). Dalam contoh di atas, energi kimia dalam makanan sebagian kecil akan diubah menjadi energi yang digunakan singa untuk bergerak, namun sebagian besar yang lain akan diubah menjadi energi panas yang dilepaskan ke lingkungan.

Dalam Transformasi energi akan ada energi yang terlepas dari sistem ke semesta, lepasnya energi ke semesta membuat semesta menjadi tidak lebih teratur. Ilmuwan menggunakan istilah entropi untuk mendefinisikan ketidakteraturan atau keacakan. Semakin besar ketidakaturan susunan materi maka semakin besar entropinya.

Sehingga Hukum Kedua Termodinamika menyatakan bahwa setiap transfer atau transformasi energi meningkatkan entropi semesta. 

Konsep entropi membantu kita memahami bahwa agar suatu proses dapat berlangsung secara mandiri (tidak memerlukan suntikan energi dari luar) maka proses tersebut harus meningkatkan entropi semesta. 

KETIDAKTERATURAN BIOLOGIS

Seperti yang diprediksikan dengan Hukum Termodinamika, sistem hidup akan meningkatkan lingkungannya. Jika kita meninjau sel, dari satu sisi sel mengambil materi awal yang tidak teratur dan mengubahnya menjadi materi yang lebih terorganisir. Misalnya asam amino diatur menjadi sekuens yang lebis spesifik yaitu polipeptida. Di sisi lain, sel juga mengambil materi dan energi yang terorganisis dan mengubahnya menjadi bentuk yang kurang teratur. Contohnya sel menggunakan molekul glukosa yang kompleks untuk respirasi sel dan melepaskan karbondioksida dan uap air. Pada skala yang lebih luas, energi masuk kedalam ekosistem dalam bentuk cahaya dan keluar dalam bentuk panas.

Selama sejarah evolusi, oragnisme komplek berasal dari organisme yang lebih sederhana. Misalnya kita dapat melacak garis keturunan kingdom tumbuhan dari organisme yang jauh lebih sederhana yaitu alga sampai ke tumbuhan berbiji yang lebih kompleks. 

Peningkatan organisasi kehidupan seiring berjalannya waktu tidak melanggar hukum kedua termodinamika. misalnya entropi suatu organisme bisa saja turun namun entropi total semesta (sistem dan lingkungannya) meningkat. 

Dengan demikian organisme dapat diibarakan sebagai pulau-pulau berentropi rendah dalam semesta yang semakin acak. Evolusi keteraturan biologis sangat konsisten dengan hukum termodinamika.