Dokuların bileşimi (kas, kemik, iç organ ya da kuşların tüyleri), biyolojinin araştırma alanları içerisinde pek yer bulmamış “dahili (internal) enerji” kavramına da gönderme yapar. Dahili enerji aslında fizikten ödünç alınmış bir kavramdır, Termodinamikte bir sistemin sahip olduğu enerjilerin bütünü internal enerji olarak adlandırılır. Bizim burada tartışmak istediğimiz ise biyolojik sistemlerin internal enerjisidir, o nedenle de “dahili enerji” olarak adlandıracağız. Bu yazı biraz teorik başlayacak, ancak sonrasında örneklerle kavramın ne olduğunu anlatmaya çalışacak.
Önce harici enerji kavramını tanımlayalım, harici enerji bir maddeye fiziksel bütünlüğünü bozmadan yükleyebileceğiniz yeryüzüne göre konumuna bağlı (potansiyel) ya da onu hareketine geçiren kuvvete bağlı (kinetik) gibi enerjilerin toplamıdır. Termal enerji de eğer sistem tarafından soğurulmasına (absorbsiyon) karşın geri verilebiliyorsa (metallerin ısınıp soğumaları gibi), yine harici enerjiler olarak kabul edilebilir. Bunlara karşılık, dahili enerji sistemin oluşumu sırasında içerisine yüklenen ve dokusu içerisinde çözünme olmaksızın geri verilemeyecek olan “yüklenmiş” enerjilerdir. Sistemin soğurduğu, ama yapısal değişiklik nedeniyle geri verilemeyen enerjiler de dahili enerji içerisine katılır ve sistem tarafından tutulur, Bu enerjilerin biyolojik olarak (sindirim ya da enzimatik parçalanma) yeniden kullanılıp kullanılamayacağı ayrı bir konudur, sözünü ettiğimiz şey bir yerde “yapım maliyetidir”.
Dahili enerji yapısal moleküllerde en yoğundur
Basit bir molekül olan su örneğiyle açıklamaya çalışalım, su hidrojenin oksijenle yanması sonucunda ortaya çıkan bir moleküller bileşimidir. Suyun dahili enerjisi her bir molekülün diğer moleküllerle olan çekim kuvvetine (adezyon) bağlı görünmektedir. Adezyon kuvveti bizim kürek çekmemizi ya da kulaç atarak yüzmemizi olanaklı kılar. Buna karşılık sisteme enerji yüklenmesi durumunda su molekülleri koparak ortamdan ayrılırlar. Buharlaşma dediğimiz durum farklıdır, ama kaynamanın oluşması için normal koşullar altında (NKA, deniz seviyesi basıncı) gram başına 540 kalori enerji yüklenmesi gereklidir. Suyun donması, kristal yapının oluşması için ise sistemden gram başına 80 kalori daha çekmemiz gerekir ve buz oluşur. Peki bu durumda buzun dahili enerjisi ne olur, katılaştığı için artmış gibi görülmektedir. Ne var ki buz esnek değildir ve kolaylıkla parçalanır. O halde maddenin katı olması dahili enerjisinin daha yüksek olduğu anlamını taşımamaktadır. Bu durum mimarlıkla ilgili bilimlerde bağ kurma (priz oluşturma) kavramıyla karşılanır (Horasan harcının özelliklerinde bu kavrama geri döneceğiz).
Yukarıdaki tanımlar nispeten basit görünmektedir, ancak vücudun çatısını oluşturan biyolojik moleküllere gelince durum değişir. Dahili enerji kolay parçalanan işlevsel moleküllerden çok, parçalanması ya da geri kazanılması zor moleküler yapılar içerisinde tutulur. Memeli vücudunun ana yapısal molekülü kollajendir, dış yüzey ise keratinle kaplanır. Bu tür moleküllerin suda çözünürlükleri doğaları gereği çok zayıftır, hatta keratin suda hiç çözülmez. Bu özelliklerine paralel olarak her iki molekülün de yapım maliyetleri son derece yüksektir, zira suda çözülmeme özelliğinin kazandırılması, üçlü heliks yapısı ve moleküler bütünlüğü sağlayan sülfür çapraz bağlarının kurulması biyolojik açıdan maliyetli süreçlerdir. Yapısal bütünlük açısından zorunlu olan bu maliyet, başka canlının (biyolojik olarak mümkünse) beslenmesi ya da “diğer kullanımlar” açısından sıra dışı bir fayda getirir (kollajen Osmanlı kompozit (bileşik) yaylarının da ana bileşenlerinden biridir. Bu yayların işlevsel dayanıklılığı yüzyıllarla ölçülür ve gerildiğinde yüklenen enerjiyi deforme olmasızın geri verme özelliği son derece yüksektir.
Yumurtanın dahili enerjisi kabuktadır
Verdiğimiz örnekler dileriz yardımcı olmuştur, biyolojik sistemlerin dahili enerji kavramını algılamak kolay değildir: Yapı içerisine fark edilebilen ya da edilemeyen, onu sağlamlaştıran, ama ek enerji gerektiren bir unsur eklenmiştir. Dahili enerjinin bir diğer sıra dışı örneği yumurtanın oluşumudur. Yumurta oluşumu yeni bir canlının meydana getirilmesine yönelik olduğundan, yapı kaynağı olarak gereken unsurlar (memelilerin aksine) başlangıçta, yani doğum (yumurtadan çıkma) öncesinde verilmek zorundadır. Tavukta yumurtanın doğum kanalında gelişimi “normal koşullarda” 24-25 saat sürer. Bu sürenin ilk 4 saatinde insan gıdası olarak tüketilen iç kısmı hazırdır, kabuk yapımı 21 saat alır. Zaman faktörünü dikkate aldığınızda, yumurtanın gelişimindeki katma değerin (dahili enerji) aslında kabuğa atfedilmiş olduğu görünmektedir.
