Warum sind Lebewesen offene Systeme?

Lebende Organismen: Offene Systeme für den Erhalt des Lebens

Lebende Organismen sind komplexe Systeme, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, Energie und Materie mit ihrer Umgebung auszutauschen. Dieser ständige Austausch ist für ihr Überleben und Funktionieren unerlässlich und definiert sie als offene Systeme.

Offene Systeme und der Austausch mit der Umwelt

Im Gegensatz zu geschlossenen Systemen, die keine Materie oder Energie mit ihrer Umgebung austauschen, sind offene Systeme durch einen kontinuierlichen Fluss von Energie und Stoff gekennzeichnet. Dieser Austausch ist für lebende Organismen notwendig, um:

• Energie zu beschaffen: Organismen benötigen Energie, um ihre lebenswichtigen Funktionen wie Wachstum, Bewegung und Fortpflanzung auszuführen. Diese Energie wird über die Aufnahme von Nahrung oder Sonnenlicht gewonnen.
• Abfallstoffe ausscheiden: Metabolische Prozesse erzeugen Abfallstoffe, die für den Organismus schädlich sein können. Diese Abfallstoffe müssen ausgeschieden werden, um die Homöostase aufrechtzuerhalten.
• Rohstoffe aufnehmen: Organismen benötigen Rohstoffe wie Wasser, Sauerstoff und Nährstoffe für Wachstum und Reparatur. Diese Rohstoffe werden aus der Umwelt aufgenommen.

Grenzen des Austauschs

Während offene Systeme für den Austausch mit der Umwelt unerlässlich sind, gibt es auch gewisse Grenzen für den Umfang und die Art des Austauschs. Diese Grenzen werden durch die Genetik und die physiologischen Eigenschaften des Organismus bestimmt. Beispielsweise:

• Spezifische Nährstoffe: Verschiedene Organismen haben unterschiedliche Nährstoffbedürfnisse. Ein Löwe kann Pflanzen nicht als Nahrung verwerten, während eine Giraffe dies kann.
• Gasaufnahme: Manche Organismen können Sauerstoff aus der Luft aufnehmen, während andere ihn aus dem Wasser benötigen.

Aufnahme negativer Entropie

Ein zentraler Aspekt des Stoffwechsels in offenen Systemen ist die Aufnahme von negativer Entropie. Entropie ist ein Maß für Unordnung in einem System. Lebende Organismen müssen kontinuierlich negative Entropie aufnehmen, um die Ordnung und Stabilität ihrer inneren Umgebung aufrechtzuerhalten.

Diese negative Entropie wird in Form von Energie gewonnen, die über die Aufnahme von Nahrung oder Sonnenlicht zugeführt wird. Diese Energie wird dann verwendet, um die Ordnung innerhalb des Organismus aufrechtzuerhalten, z. B. durch den Aufbau von Molekülen, die Aufrechterhaltung des pH-Werts und die Durchführung von Reparaturprozessen.

Schlussfolgerung

Lebende Organismen sind offene Systeme, die kontinuierlich Energie und Materie mit ihrer Umgebung austauschen müssen. Dieser Austausch ist für ihren Erhalt und ihr Funktionieren unerlässlich. Er ist jedoch durch die Grenzen des Organismus und die Notwendigkeit, negative Entropie aufzunehmen, begrenzt. Das Verständnis der Natur offener Systeme ist entscheidend für die biologische Forschung und trägt dazu bei, die Komplexität und die Widerstandsfähigkeit des Lebens zu beleuchten.