細胞中的熱力學定律

宇宙中的能量遵循兩條頑固的規則，細胞無法違背它們，就像你無法花掉自己沒有的錢。第一條規則說：能量既不能被創造，也不能被消滅，只能從一種形式轉變為另一種形式。第二條說：每當能量改變形式，總有一部分會散逸成無用、混亂的熱量，而宇宙整體的無序程度永遠在上升。這就是熱力學第一定律和第二定律。

對細胞而言，第一定律意味著它得到的能量永遠不可能多於它投入的；它必須從食物或陽光中捕獲能量，才能做任何功。第二定律則更微妙。無序程度（用一個叫熵的量來衡量）傾向於增加，然而細胞卻異常有序。在宇宙趨向混亂時，它如何能保持井然？答案是：細胞並沒有鑽第二定律的空子——它靠不斷攝入能量、並把更大量的無序（主要以熱的形式）傾倒進周圍環境，來維持自身的秩序。局部的有序，是用別處更大的無序換來的。

這就是為什麼生命需要持續的能量供應，活著時永遠不會停在某個安穩的平衡態。處於真正平衡態的細胞，就是死細胞。理解這些定律能讓我們保持誠實：不存在永動的生物學，沒有免費的午餐，細胞維持的每一分秩序都有能量代價，而這代價最終都可追溯到太陽。