מטבוליזם והתהליך הכלכלי
|
|
|
|
מטבוליזם הוא תהליך, המתרחש ביצורים חיים, של קליטת חומרים מהסביבה, עיבודם, הפקת אנרגיה וחומרי בניין מהם ופליטת הפסולת.
יש דמיון רב בין תהליך המטבוליזם הביולוגי לבין תהליך הייצור, צריכה, זריקה המתרחש בכלכלה האנושית.
התהליך בביולוגיה
ערך מורחב – מטבוליזם
- קליטת חומרים מהסביבה: החומרים הנקלטים מהסביבה משמשים לשתי מטרות: כחומרי בניין לאלפים הרבים של התרכובות המרכיבות את היצור, ולשם הפקת אנרגיה.
- קטבוליזם (Catabolism): בתהליך זה מתפרקים החומרים שנקלטו מהסביבה ליחידותיהם הבסיסיות. חלבונים, למשל, מתפרקים לחומצות אמינו; שומנים - לחומצות שומן; סוכרים - לחד-סוכרים; חומצות גרעין - לנוקלאוטידים. תהליך הקטבוליזם בבעלי חיים, ובמיוחד שלביו הראשונים, מכונה עיכול.
- אנבוליזם (Anabolism, או ביוסינתזה; בעברית: הַבְנָיָה): בתהליך זה מתרחשת סינתזה של תרכובות מורכבות, מהן בנוי הגוף או התא. אבני הבניין שהתקבלו בתהליך הקטבוליזם מתאחדות שוב ליצירת המולקולות הנדרשות לבניין הגוף או התא.
- הפרשת פסולת: לתרכובות רבות הנצרכות כחלק מהמזון אין שימוש בבניית הגוף. בנוסף, תרכובות רבות (קטנות בדרך-כלל, כגון אמוניה, מים ופחמן דו-חמצני) נוצרות כתוצרי-לוואי בתהליכי האנבוליזם השונים. את כל אלו נדרש היצור לפלוט, שכן הצטברותם של חומרים אלו בגוף משבשת תהליכים ביולוגיים שונים. בבעלי חיים מופרשת הפסולת באמצעות השתן והצואה. גם פליטת הפחמן הדו-חמצני בתהליך הנשימה מוגדרת כהפרשת פסולת.
מדוע טורח הגוף לפרק את המזון לאבני הבניין שלו, ולאחר מכן לאחד אותן שוב למולקולות מורכבות? קיימות לכך שתי סיבות:
- המולקולות שנצרכות במזון אינן בהכרח זהות למולקולות הנדרשות לבניין הגוף. לדוגמה, רוב הסוכר שאנו צורכים במזון מגיע בצורת סוכרוז, הסוכר השולחני הלבן המוכר לכולנו. לגופנו אין שימוש ממשי לסוכרוז, ולכן הוא מפרק אותו לאבני הבניין שלו - גלוקוז ופרוקטוז - ולאחר מכן מאחד אותם לבניית סוכרים אחרים (גליקוגן, למשל), החיוניים לבניין הגוף. דוגמה קיצונית יותר היא בני אדם צמחוניים: הללו מקבלים את כל החלבונים שלהם מצמחים, כשברור שחלבוני הצמחים אינם זהים לחלבוני גוף האדם. הגוף מתמודד עם בעיה זו באמצעות תהליכי הפירוק והבנייה מחדש - הקטבוליזם והאנבוליזם.
- פירוק תרכובות אורגניות רבות מביא לשחרור אנרגיה. האנרגיה אצורה בקשרים הכימיים שבין אטומי המולקולות, וניתוק קשרים אלו מביא להפקת האנרגיה הדרושה לגוף על-מנת לקיים את כל תהליכי החיים. החומר הבסיסי ביותר המשמש להפקת אנרגיה ברוב היצורים החיים הוא גלוקוז, והתהליך בו מופקת האנרגיה ממנו נקרא גליקוליזה. תהליך הקטבוליזם, כאמור, מביא לשחרור אנרגיה; לעומתו, תהליך האנבוליזם מצריך השקעת אנרגיה.
מחזורים אקולוגיים- מטבוליזם בחברה
תהליך של מטבוליזם מתרחש עבור כל יצור ביולוגי יחיד, כולל בני האדם, ניתן להסתכל על תהליך המטבוליזם גם עבור חברה של יצורים, שלכל אחד מהם יש חיים משל עצמו. מבחינה זו, חברת בני האדם (כולל הכלכלה) וחברת יצורים אחרת הן שתי אינסטציות של חברות בעלי חיים שמקיימים תהליך מטבולי. המכלול של כלל התהליכים המטבוליים מתבטא במחזור אקולוגיים כמו מחזור החנקן, מחזור הפחמן וכו', שבו שותפים מיליוני יצורים על פני תקופות זמן וזרמים של חומרים זורמים בין מאגרים שונים, כשהם מונעים על ידי אנרגיית השמש בעיקר.
מטבוליזם כלכלי
מלבד המטבוליזם הטבעי שקשור במזון, בחברת בני האדם יש סוג נוסף של מטבוליזם והוא המטבוליזם הכלכלי, שבו חומרים מופקים לשם ייצור מוצרים או שירותים. מטבוליזם זה הוא חדש יחסית במונחים אבולוציוניים - החל מעידן בניית הכלים.
אפשר להתייחס למטבוליזם זה כאל המטבוליזם החיצוני, שכן בניגוד למחזור אקולוגי בשום שלב הוא לא נכנס (לפחות לא באופן רצוני) לתוך הגופים הביולוגיים, אלא מעורב רק בחפצים. אותם תתי הליכים שניתן לזהות במטבוליזם הטבעי ניתנים לזיהוי גם בתהליכי המעורבים בכלכלה, אין מדובר בכך שתהליכים מטבוליים הם משלים עבור התהליך המקביל בכלכלה, אלא ששניהם הם אינסטנציות שונות של אותו דבר - האחד ביולוגי והשני כלכלי:
- קליטת חומרים מהסביבה - אלו הם פעולות של כריית עופרות ומינרלים (לחקלאות ולתעשייה), שאיבת דלקים, חטיבת עצים, ואגירה במאגרים או תיעול של זרמים של חומרים מהטבע לשם שימושיים חקלאיים או תעשייתיים (כמו מים לדוגמה).
- קטבוליזם - פרוק החומרים שנקלטו מהסביבה ליחידותיהם הבסיסיות. תהליך זה מתרחש כאשר מפיקים חומרי גלם שונים. דלק מזוקק, ברזל ומתכות אחרות (שמתקבלות מעופרות מתכת), פלסטיק גולמי, עץ, וכו'. בניגוד לגוף לא מתקבלת בשלב זה אנרגיה (שכן לא מדובר בפירוק של סוכרים), אלא יש להשקיע אנרגיה נוספת.
- אנבוליזם - בניה מחדש - בנייה של תרכובות מורכבות ומעובדות מהתרכובות הפשוטות - פלדה וסגסוגות מתכת אחרות, תרכובות פלסטיק, עץ מעובד, נייר וכו' (אלו הם חומרי ביניים, שלרוב מכונים גם חומרי גלם היות ובכלכלה יש עוד שלבים רבים נוספים). לאחר מכן יש בנייה של מבנים מורכבים מתרכובות הביניים.בנית מבנים, מכונות, מוצרים והספקה של שירותים, תוך שימוש בחומרי הגלם והמערכות הקיימות בכלכלה. שלב זה כולל בחובו גם את שלב השימוש והצריכה של המוצרים, שמשמשים בעצמם לצורך בניה של מערכות מורכבות אחרות - בין אם הם חברתיות, פיזיות (חיצוניות לגוף), נפשיות או בריאותיות (תוך קישור למטבוליזם הביולוגי).
- הפרשת הפסולת - זריקת המוצרים ותוצרי הביניים כ"פסולת" שהכלכלה לא נזקקת לה, בתקווה שהביוספרה תטפל בתוצרים אלה או "תעלים" אותם כשם שהביוספרה "מעלימה" (ולמעשה מכניסה מחדש למחזור) את תוצרי הפסולת של גוף ביולוגי.
אנטרופיה
2 התהליכים הראשונים הם תהליכים של הורדת האנטרופיה (במובנה הכימי) למינימום- המצב המסודר ביותר הוא של חומרי גלם נפרדים. השלב הראשון הוא הוצאה של תרכובת מסויימת של חומרים מתוך הכאוס הכללי (לדוגמה עופרת ברזל במקום סלעים). השלב השני הוא זיקוק של תרכובות טהורות יותר שניתן להשתמש בהן כבסיס למערכות מורכבות יותר. דבר דומה הוא בגוף - הוצאת המזון מכלל הרבים והפרדתו מרעלים וחומרים בלתי רצויים בעליל, ולאחר מכן סינון עדין יותר של המזון, ושבירה שלו לרכיבי גלם פשוטים.
תהליך של אנבוליזם ניתן לחלוקה ל-2 או 3 חלקים. החלק הראשון הוא יצירת חתיכות של תרכובות שימושיות יותר מאשר חומרי היסוד (לדוגמה פלדה או עץ מעובד או נייר). החלק השני הוא השימוש בחומריי הביניים לשם ייצור מבנים מורכבים מבחינה פיזית, ושירותים מורכבים מבחינת האנרגיה המושקעת בהם (החלק השלישי יכול להיות השיווק והצריכה של אותם תוצרים).
זה הוא תהליך של העלאת אנטרופיה. לפלדה יש אנטרופיה גבוהה יותר מאשר לברזל. גוש חומר הוא בעל אנטרופיה מסויימת, כאשר אנו הופכים אותו לכד שרוף האנטרופיה שלו עולה, האנטרופיה שלו עולה עוד כאשר מציירים עליו בצבעים.
למערכות (גוף האדם, או קהילה כלשהי) יש "עניין" באינטראקציה עם מערכות מורכבות אחרות, ולא עם תרכובות הומוגניות בעלות אנטרופיה מינימלית. גוש החומר הוא בעל פוטנציאל להפוך לסוגים שונים של כלים או מערכות - צלחת, ספל או קערת מרק. אבל הוא חסר תועלת למערכות שלנו כל עוד הוא במצבו הפוטנציאלי. כדי להפוך לבעל ערך בתוך המערכות, עליו לוותר על פוטנציאל האפשרויות שלו ולבחור באחת מהן (תוך הגדלת האנטרופיה) עליו להיות בעל צורה ייחודית.
באנבוליזם בגוף המולקולות הפשוטות מקבלות צורה של חלבונים מורכבים על פי צרכי הגוף, דבר דומה קורה לחומרי הגלם הפשוטים יחסית בכלכלה או בחברה האנושית, חומרי הגלם הפשוטים הופכים לתרכובות ומרכיבים מוצרים על פי דרישות הכלכלה.
השלב האחרון הוא הגדלה נוספת של האנטרופיה - כד שבור הוא פחות מאורגן מאשר כד בלתי שבור. התרכובת המורכבת מאבדת את הצורה הייחודית שהיתה לה, ומגדילה את האנטרופיה שיש לה. במצב זה היא מאבדת את משמעותה לגוף או לכלכלה (מובן שנעשה נסיון לתחזק או לתקן מבנה שבור). לאחר מכן היא נזרקת החוצה.
במקרה של המטבוליזם הביולוגי, יצורים אחרים בביוספרה יבצעו מטבוליזם נוסף לפסולת הנזרקת, באמצעות האנרגיה שמתקבלת מצמחים ויצורים אחרים שמעורבים בייצור ראשוני שמנצל את אנרגיית השמש, תוכשר במקרה הביולוגי מחזור נוסף של מטבוליזם. במקרה הכלכלי, הדבר מבוצע על ידי מחזור ושימוש חוזר (בהשקעת אנרגיה), או שהוא אינו מבוצע והתהליך הוא קווי, המקור האנרגטי לרוב הפעילות הכלכלית כיום הוא אנרגיה לא מתחדשת שמקורה בדלק מאובן.
מטבוליזם והתמחות
לכאורה היינו מצפים שמרגע שנכנס חומר למערכת, היא תשתמש בו שוב ושוב, שכן הוצאתו מהסביבה כרוכה בהשקעת אנרגיה. מדוע לזרוק חומר אשר עמלנו כה קשה כדי להשיגו? התשובה במקרה של בני אדם וחיות היא ברורה לכאורה - עליהם להשיג אנרגיה על ידי קבלה של תרכובות כימיות שקיבלו אותה באמצעות הצמחים. אולם דבר זה מתייחס לכאורה רק לחומר כספק אנרגיה, ולא לחומרים המספקים חומרי בניין. כמו כן תהייה זו נשארת לגבי צמחים - מדוע, משעה שקלטו חומר מסויים, יש טעם לשחררו כפסולת, ולא להמשיך ולהשתמש בו?
התשובה לתהייה לגבי הצמחים היא שאכן קצב השימוש שלהם בחומרים הוא איטי בהרבה, או רמת השימוש החוזר בחומרים היא גבוהה בהרבה מאשר בבעלי חיים. למרות שיש להם מערכות קליטת חומרים (שורשים ועלים), מערכת סילוק הפסולת אצלם היא בעיקר של גזים ושל אדי מים מתהליך הנשימה והטמעה.
ותשובה כללית יותר - יש נושא של התמחות. עלות הפעלת תגובה כימית המייצרת חומרים הינה בשימור הידע הדרוש לקיום תגובות אלו (בגנים), עלות אנרגטית של שימור ידע זה, ועלות האנרגטית של ההקמה והתחזוקה (הדורשת ידע נוסף ואנרגיה נוספת) של התגובה. בתחילה כל תגובה כימית (ששרדה את מבחן האבולוציה), היא מועילה, ויש "תפוקה שולית עולה" - יש הוצאות קבועות על קיומן של מערכות הגנה, השגת חומר בידוד וכו', והוצאה קטנה להוספת טיפול בעוד תגובה כימית דומה. לאחר מכן, כאשר יש צורך להוסיף תגובות כימיות נוספות הדורשות תנאים כימיים שונים, העלות השולית של הוספת תגובה עשויה להיות קטנה (אם התגובה קרובה) אבל עשויה להיות גבוהה למדי - ייתכן כי אפשרי להשיג את אותם תוצרים בדרכים אחרות, לדוגמה על ידי יחסי סימביוזה עם יצורים אחרים (בתוך הגוף או מחוצה לו), או על ידי אכילה של אוכל מגוון יותר.
דבר זה מעלה את השאלה של התמחות ותרמודינמיקה. שאלה זו נכונה גם לגבי פירמות אנושיות. מדוע לעסוק בפעילות אחת, ולקבל שירותים בתוך הפירמה (לדוגמה שרותי מזכירות). ואילו מוצרים אחרים הפירמה מעדיפה לקנות או, לשכור או להעביר לקבלני משנה. הסבר אחד לדבר זה הן עלות עסקה. אם בכל פעם שהבוס צריך לכתוב מכתב עליו לחפש מזכירה ולחתום על חוזה איתה הדבר הזה כרוך בעלויות עסקה, ולכן הוא יעדיף להעסיק מזכירה בתוך הפירמה.