Sự giao hưởng năng lượng của sự sống: Từ năng lượng hóa học đến chuyển động

Mỗi lần nhảy vọt hay tiếng đập tim của sinh vật về bản chất đều là một quá trình chuyển hóa năng lượng vật lý nghiêm ngặt. Theođịnh luật nhiệt động lực học thứ nhất(tức làđịnh luật bảo toàn năng lượng) , năng lượng không thể tự sinh ra từ hư không, cũng không thể tự mất đi mà chỉ có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.

Cơ thể động vật giống như một máy nhiệt chính xác. Cơ bắp tiêu hao năng lượng hóa học từ ATP để làm xương di chuyển theo quy mô lớn. Trong quá trình này, năng lượng chuyển hóa thành ba dạng chính củanăng lượng cơ học:

• năng lượng độngNăng lượng do vật thể chuyển động tạo ra.
• năng lượng thế trọng trườngNăng lượng do vị trí ở độ cao (ví dụ như khi nhảy lên, trọng tâm nâng cao) tạo ra.
• năng lượng thế đàn hồiNăng lượng được lưu trữ trong quá trình biến dạng, giống như dây cung bị kéo căng của dây chằng và dây thần kinh.

Hiệu suất và giới hạn

Nhà vật lý Davy từng trình bày một thí nghiệmdùng tay ma sát hai miếng băng với nhau, qua quá trình chuyển hóa công để làm băng tan chảy, điều này tiết lộ bản chất của việc chuyển hóa công cơ học thành năng lượng nội. Khi động vật vận động cũng tương tự như vậy: dohướng truyền năng lượng, không có quá trình sinh học nào đạt hiệu suất chuyển hóa 100%, một lượng lớn năng lượng bị mất mát thông quatruyền nhiệtmất mát. Chính vì vậy, động vật không thể trở thành 'máy chạy vĩnh viễn'— nó phải liên tục hấp thụ thức ăn để bổ sung cho sự hao hụt năng lượng.