Закони термодинамике су важни обједињујући принципи биологија. Ови принципи управљају хемијским процесима (метаболизмом) у свим биолошким организмима. Први закон термодинамике, познат и као закон очувања енергије, каже да се енергија не може створити нити уништити. Може се мењати из једног у други облик, али тај енергије у затвореном систему остаје константан.
Други закон термодинамике каже да ће, када се енергија преноси, на крају процеса преноса бити мање енергије на располагању него на почетку. Због ентропије, која је мера поремећаја у затвореном систему, сва расположива енергија неће бити корисна организму. Ентропија се повећава како се енергија преноси.
Поред закона термодинамике, ћелија теорија, теорија гена, еволуција и хомеостаза чине основне принципе који су темељ за проучавање живота.
Први закон термодинамике у биолошким системима
Сви биолошки организми захтевају енергију да би преживели. У затвореном систему, као што је универзум, та се енергија не троши, већ се трансформише из једног у други облик. На пример, ћелије изводе бројне важне процесе. Ови процеси захтевају енергију. Ин
фотосинтеза, енергију обезбеђује сунце. Светлосна енергија се апсорбује ћелијама у лишћу биљке и претвара у хемијску енергију. Хемијска енергија се складишти у облику глукозе која се користи за стварање сложених угљених хидрата потребних за изградњу биљне масе.Енергија складиштена у глукози може се такође ослободити ћелијским дисањем. Овај процес омогућава биљним и животињским организмима приступ енергији складиштеној у угљеним хидратима, липидима и другим макромолекулама кроз производњу АТП-а. Ова енергија је потребна за обављање ћелијских функција као што су репликација ДНК, митоза, мејоза, кретање ћелије, ендоцитоза, егзоцитоза и апоптоза.
Други закон термодинамике у биолошким системима
Као и код других биолошких процеса, пренос енергије није 100% ефикасан. На пример, у фотосинтези биљка не апсорбује сву светлосну енергију. Неки се енергију рефлектују, а неки се губе као топлота. Губитак енергије у окружењу узрокује пораст поремећаја или ентропије. За разлику од биљака и других фотосинтетских организама, животиње не могу да стварају енергију директно из сунчеве светлости. Морају да конзумирају биљке или друге животињске организме за енергију.
Што се виши организам налази у ланцу исхране, мање је доступне енергије коју добија из својих извора хране. Велики део ове енергије се губи током метаболичких процеса које обављају произвођачи и примарни потрошачи који су једу. Стога је организамима на вишим трофичким нивоима на располагању много мање енергије. (Трофички нивои су групе које помажу еколозима да разумију специфичну улогу свих живих бића у екосистему.) Нижи расположива енергија, то може подржати мањи број организама. Због тога у екосистему постоји више произвођача него потрошача.
Живи системи захтевају стални унос енергије да би одржали своје високо уређено стање. На пример, ћелије су високо наручене и имају ниску ентропију. У процесу одржавања овог поретка, нешто енергије се губи у окружењу или се трансформише. Дакле, док су ћелије наручене, процеси који се изводе да се одржава тај ред доводе до повећања ентропије у окружењу ћелије / организма. Пренос енергије узрокује да се ентропија у свемиру повећа.