细胞中的热力学定律

宇宙中的能量遵循两条顽固的规则，细胞无法违背它们，就像你无法花掉自己没有的钱。第一条规则说：能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转变为另一种形式。第二条说：每当能量改变形式，总有一部分会散逸成无用、混乱的热量，而宇宙整体的无序程度永远在上升。这就是热力学第一定律和第二定律。

对细胞而言，第一定律意味着它得到的能量永远不可能多于它投入的；它必须从食物或阳光中捕获能量，才能做任何功。第二定律则更微妙。无序程度（用一个叫熵的量来衡量）倾向于增加，然而细胞却异常有序。在宇宙趋向混乱时，它如何能保持井然？答案是：细胞并没有钻第二定律的空子——它靠不断摄入能量、并把更大量的无序（主要以热的形式）倾倒进周围环境，来维持自身的秩序。局部的有序，是用别处更大的无序换来的。

这就是为什么生命需要持续的能量供应，活着时永远不会停在某个安稳的平衡态。处于真正平衡态的细胞，就是死细胞。理解这些定律能让我们保持诚实：不存在永动的生物学，没有免费的午餐，细胞维持的每一分秩序都有能量代价，而这代价最终都可追溯到太阳。