Definition des dynamischen Gleichgewichts

Ein System im dynamischen Gleichgewicht hat kleine Änderungen, die sich summieren, um keine Nettoänderung zu erzeugen. Viele biologische Systeme befinden sich im dynamischen Gleichgewicht, vom Wasser in einer Zelle bis zum dynamischen Gleichgewicht von Raubtier-und Beutepopulationen. Das dynamische Gleichgewicht unterscheidet sich von einem statischen Gleichgewicht, bei dem sich die Teile nicht bewegen, sobald sie das Gleichgewicht erreicht haben.,

Dynamisches Gleichgewicht hat in jeder Wissenschaftsunterdisziplin unterschiedliche Bedeutungen, wie Biochemie oder Ökologie. In der Chemie ist das Gleichgewicht einer Reaktion der Punkt, an dem die Produkte und Reaktanten die niedrigste freie Energie haben. Das dynamische Gleichgewicht hingegen ist der Punkt, an dem Produkte so schnell erzeugt werden, wie sie auseinanderfallen. Dies ist möglicherweise nicht dasselbe wie das chemische Gleichgewicht, da Enzyme viele Reaktionen weit über ihr natürliches Gleichgewicht hinaus erzwingen, indem sie Produkte schneller machen, als sie auseinanderbrechen., Aus diesem Grund bezeichnen Chemiker das dynamische Gleichgewicht oft als dynamischen Steady-State, um zwischen den beiden Punkten in einer Reaktion klar zu unterscheiden.

Ökologen und Populationsbiologen beziehen sich häufig auf dynamisches Gleichgewicht, wenn es um Populationen von Organismen geht. Bei der Untersuchung der Anzahl der Organismen in einer Population im Laufe der Zeit beeinflussen viele Faktoren das Wachstum einer Population. Oft werden die Bevölkerungen Zeiten von Boom und Pleite durchlaufen. Reichliche Ressourcen verursachen bei allen Tieren hohe Reproduktionsraten, was zu einer viel höheren Population führt., Wenn die Ressourcen auf diese höhere Anzahl verteilt sind, gibt es nicht annähernd genug Ressourcen, um herumzugehen. So stirbt die Bevölkerung ab. Ökologen sehen diese Zyklen als dynamisches Gleichgewicht, in dem die Bevölkerung festsitzt und niemals wirklich eine große Anzahl von Individuen gewinnt oder verliert.

Beispiele für dynamisches Gleichgewicht

Glukose in einem Organismus

Während Ihres gesamten Lebens bleiben die Glukosespiegel in Ihrem Körper relativ gleich. Im Laufe eines Tages verbraucht Ihr Körper jedoch enorme Mengen an Glukose und muss sie ersetzen., Jede Zelle in Ihrem Körper benötigt Glukose, um zu funktionieren. Da die Zellen diese Glukose verwenden, arbeiten die Leber und Ihr Verdauungssystem schnell, um sie zu ersetzen. Glukose aus der Nahrung, die Sie essen, wird aus dem Magen und Darm in den Blutkreislauf transportiert. Die Leber speichert Glukose als Glykogen und muss dieses große Molekül abbauen, um Glukose in das Blut freizusetzen. In Ihrem Körper befindet sich Glukose im dynamischen Gleichgewicht. Während Glukose Perioden hoher und niedriger Konzentration aufweist, ist sie relativ stabil., Wenn der Glukosespiegel in Ihrem Körper aus dem dynamischen Gleichgewicht gerät oder Sie die von Ihnen verwendete Glukose nicht ersetzen können, würden Sie schließlich sterben.

Räuber-Beute-Dynamik

Ökologen untersuchen häufig die Beziehungen zwischen mehreren Arten und ihre Auswirkungen aufeinander. Eine Beziehung in der Natur, die oft ein dynamisches Gleichgewicht zeigt, ist die räuberische Beutedynamik. Stellen Sie sich ein Naturschutzgebiet vor, das nur Kaninchen und Wölfe enthält. Wenn die Kaninchenpopulation zunimmt, liefert sie mehr Nahrung für die Wolfspopulation. Dies versetzt beide Populationen in ein dynamisches Gleichgewicht., Die Wölfe, die die Vorteile der erhöhten Kaninchenpopulation ernten, beginnen sich auch mehr zu vermehren. Nach einiger Zeit beginnt auch die Wolfspopulation dramatisch zuzunehmen. Wenn mehr Wölfe geboren werden und die Kaninchen fressen, nivellieren sich ihre Populationen schließlich. Die Wölfe, die sich immer noch auf hohem Niveau vermehren, beginnen schließlich, die Kaninchenpopulation zu verringern, die nicht mithalten kann. Die Kaninchen nehmen ab und schließlich bleiben die Wölfe ohne genügend Nahrung, um eine große Population zu ernähren., Dieses dynamische Gleichgewicht beider Populationen ist interessant, weil es eine direkte Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen verschiedenen Arten in einem Ökosystem zeigt.

  • Statisches Gleichgewicht-Wenn ein System einen Stabilitätspunkt erreicht, an dem sich noch keine Teile bewegen.
  • Gleichgewicht-Ein Punkt in einer Reaktion, in dem die niedrigste freie Energie auf beiden Seiten einer chemischen Gleichung existiert.
  • Freie Energie-Die Energie in einem System, das eine Reaktion auslösen kann.

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1., Viele Zellmembranen haben spezielle Proteine, die als Aquaporine bekannt sind und Wassermoleküle durch die Membran passieren lassen. Wenn die Zelle in einer isotonischen Umgebung platziert wird, welche der folgenden wird erhalten?
A. Statisches Gleichgewicht
B. Dynamisches Gleichgewicht
C. Gleichgewicht wird nicht erreicht

Antwort auf Frage # 1
B ist korrekt. Obwohl das Gesamtsystem keine merkliche Veränderung zeigt, werden Wassermoleküle ständig durch die Aquaporine ausgetauscht., In einer isotonischen Umgebung, die die gleiche gelöste Konzentration wie das Innere der Zelle aufweist, sind Aufnahme-und Ausgangsrate gleich. Die Zelle verlässt sich auf dieses dynamische Gleichgewicht, um weiterhin Zellnährstoffe und Sauerstoff innerhalb und außerhalb der Zelle zu zirkulieren.

2. Szenario 1: Eine Schachtel Bananen wird auf einer Skala ausgeglichen. Das Gewicht der Bananen entspricht dem Gegengewicht und die Waage ist perfekt eben. Szenario 2: Ein Affe betritt und isst eine Banane. Die Waage fällt aus dem Gleichgewicht und das Gegengewicht berührt den Boden., Der Forscher fügt der Schachtel eine Banane hinzu und hebt die Waage. Der Affe isst eine weitere Banane, und der Zyklus beginnt von vorne.
Wie würden Sie diese beiden Szenarien beschreiben?
A. Dynamisches Gleichgewicht; Statisches Gleichgewicht
B. Statisches Gleichgewicht; Dynamisches Gleichgewicht
C. Beide sind dynamisches Gleichgewicht

Antwort auf Frage #2
B ist richtig. Im ersten Szenario ist die Skala im Gleichgewicht und nichts ändert sich. Dies ist statisches Gleichgewicht. Im zweiten Szenario ist die Skala nie wirklich im Gleichgewicht, sondern wird jedes Mal vom Forscher zurückgesetzt., Auf diese Weise bleibt das Szenario in einem dynamischen Gleichgewicht. Obwohl sich ein dynamisches Gleichgewicht kurzfristig ändern kann, ist der Durchschnitt über die Zeit konstant.

3. Organismen existieren immer im dynamischen Gleichgewicht, niemals statisch. Warum?
A. Die Energie, die das Leben erhält, wird in den Bindungen von Molekülen gehalten, die verwendet werden müssen.
B. Alle Zellen haben Membranen, die es Wassermolekülen ermöglichen, im dynamischen Gleichgewicht zu existieren.
C. Einige Zellen existieren im statischen Gleichgewicht.

Antwort auf Frage 3
A ist richtig., Glukose ist das Hauptmolekül, mit dem Organismen Energie speichern und übertragen. Um die Energie aus Glukose zu gewinnen und sie in Prozessen wie der DNA-Replikation zu verwenden, muss die Glukose abgebaut werden. Andere Teile des Organismus müssen diese Glukose ersetzen, wenn der Prozess fortgesetzt werden soll. Während alle Zellen Membranen haben, lassen nicht alle Membranen Wasser frei passieren. Im statischen Gleichgewicht konnte nichts abgebaut und keine Energie freigesetzt werden.