Thượng Đế đã giấu định luật thứ hai nhiệt động lực học vào thế giới động vật như thế nào?

Có một câu hỏi mà nhiều người vẫn thường thắc mắc: Nếu thực vật chứa hàm lượng calo và dinh dưỡng thấp hơn so với thịt, thì tại sao những loài động vật ăn cỏ như voi và hươu cao cổ lại to lớn đến vậy? Ngược lại, con người ăn tạp hay những con sư tử ăn thịt đứng cạnh chúng xem chừng rất nhỏ bé.

Lấy một con voi Châu Phi làm ví dụ, nó có thể cao từ 2,5 - 4 mét và nặng từ 2,3 - 6,4 tấn. Ngay cả trong quá khứ, cả 10 loài động vật trên cạn lớn nhất từng tồn tại trên Trái Đất cũng đều thuộc nhóm ăn cỏ.

Trong đó, những con Titanosaur, một loài khủng long đã tuyệt chủng, có thể phát triển chiều cao tới 20 mét, dài 40 mét và nặng 90 tấn chỉ nhờ vào chế độ ăn chay của chúng.

Những con titanosaur khổng lồ nhưng chỉ ăn cỏ

Hóa ra, Thượng Đế đã giấu bên trong chuỗi thức ăn một nguyên lý bất di bất dịch của vật lý. Đó là lời giải thích cho toàn bộ những câu hỏi mà bạn đang có trong đầu lúc này:

Tại sao động vật ăn cỏ lại to lớn? Tại sao to lớn lại tuyệt chủng? Tại sao hàng triệu con linh dương ở Châu Phi chỉ nuôi sống vài trăm con sư tử? Tại sao trên thế giới không có loài động vật nào ăn chính đồng loại để tồn tại?

Định luật thứ hai nhiệt động lực học

Năng lượng không tự sinh ra và mất đi, nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, đó là một cách diễn giải dễ hiểu với định luật thứ nhất nhiệt động lực học, nói rằng tổng năng lượng của vũ trụ được bảo toàn và không hề thay đổi.

Trong khi đó, định luật thứ hai nhiệt động lực học nói rằng khi năng lượng được truyền đi hoặc biến đổi, mặc dù được bảo toàn nhưng chúng luôn bị lãng phí, dẫn đến một xu hướng rằng vũ trụ chỉ có một chiều thoái hóa đến trạng thái hỗn loạn hơn (entropy cao hơn), thay vì có thể sắp xếp ngăn nắp trở lại.

Hãy lấy ví dụ về việc một chiếc máy bơm. Khi nó chuyển điện năng thành cơ năng để đẩy nước đi trong ống, một phần điện năng bị lãng phí thành nhiệt năng tỏa ra làm máy nóng lên. Mặc dù năng lượng bảo toàn, nhiệt năng sinh ra do ma sát quay của tuabin là vô ích, thậm chí có hại đến độ bền của máy.

Vũ trụ chỉ có một chiều thoái hóa đến trạng thái hỗn loạn hơn (entropy cao hơn), khi năng lượng ngày càng bị lãng phí

Trong thế giới sinh vật cũng vậy. Gần như tất cả các loài sinh vật trên hành tinh, kể cả con người, đều sống trực tiếp hoặc gián tiếp, nhờ nguồn năng lượng Mặt Trời.

Hãy bắt đầu từ chuỗi thức ăn, thực vật bắt đầu dùng năng lượng Mặt Trời, quang hợp để dự trữ lại năng lượng trong dạng các chất hữu cơ. Sau đó, các loài động vật ăn cỏ lại lấy năng lượng Mặt Trời mà thực vật dự trữ để làm nguồn năng lượng sống. Các loài động vật ăn thịt săn bắt các loài động vật ăn cỏ để cướp lại nguồn năng lượng ấy.

Con người thì ăn cả thực vật lẫn động vật, cả động vật ăn cỏ lẫn ăn thịt, về cơ bản, chúng ta cũng đang lấy năng lượng Mặt Trời được dự trữ dưới dạng này hoặc dạng khác để sinh sống.

Vấn đề là theo định luật nhiệt động lực học thứ hai, cứ sau mỗi lần cướp năng lượng như vậy, năng lượng sẽ bị lãng phí. Trong chuỗi thức ăn, sự lãng phí là khủng khiếp. Ở bậc dinh dưỡng thấp nhất, thực vật chỉ có thể chuyển đổi 1% ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học trong các chất hữu cơ.

Từ đó trở lên, sự lãng phí năng lượng được giữ ở mức 90%. Nghĩa là những con linh dương chỉ chuyển được 10% hóa năng trong cỏ thành các mô hữu cơ của chúng để tiếp tục dự trữ năng lượng. Những con sư tử ăn linh dương chỉ hấp thụ được 10% năng lượng có trong thịt của linh dương để lớn lên.

Hiệu suất chuyển đổi sinh khối này được gọi là "Định luật 10%". Vì sự lãng phí năng lượng là khủng khiếp, chuỗi thức ăn thường chỉ dừng lại ở bậc thứ 5. Cỏ hấp thụ năng lượng Mặt Trời ở bậc 1, những con châu chấu ăn cỏ ở bậc 2, khi ếch ăn châu chấu, chúng được xếp ở bậc 3, rắn săn ếch ở bậc 4, và nếu con người ăn rắn, chúng ta được xếp ở bậc 5.

Tính ra, đến khi ăn một con rắn, năng lượng Mặt Trời mà chúng ta gián tiếp nhận được từ nó chỉ còn 0,00001%.

Lấy số lượng bù chất lượng

Khi chất lượng năng lượng trở thành một vấn đề, các loài sinh vật trên Trái Đất muốn tồn tại được đều phải lấy số lượng để bù đắp lại. Bạn thấy những con voi rất to? Lý do vì chúng ăn rất nhiều. Một con voi Châu Phi phải ăn tới 136 kg thực vật bao gồm trái cây, rễ cây, cỏ và vỏ cây trong một ngày mới có thể tồn tại.

Nếu sống trong môi trường hoang dã, một con voi phải tốn tới 16-18 tiếng mỗi ngày chỉ để ăn uống. Những con hươu cao cổ cũng vậy, mặc dù ít phải cạnh tranh nguồn thức ăn vì sở hữu cái cổ cao, chúng cũng phải tốn trong bình 14 tiếng mỗi ngày mới có thể ăn và tiêu hóa hết 34-75 kg lá cây.

Thức ăn một ngày của một con voi

Và bởi đã ở đầu chuỗi thức ăn, thực ra những loài ăn cỏ mới là là những con vật có hiệu suất hấp thụ năng lượng cao nhất, điều này giải thích tại sao cả 10 loài động vật lớn nhất hành tinh chỉ là động vật ăn cỏ.

Nếu không to lớn, động vật ăn cỏ không thể nuôi sống được các loài động vật ăn thịt phía sau trong chuỗi thức ăn. Nếu những con hươu cao cổ chỉ bé bằng một con nai, có lẽ số lượng cá sấu ở Châu Phi phải giảm đi. Hoặc là phải có nhiều hươu cao cổ nhỏ hơn.

Bởi cứ mỗi cấp tiến lên trong chuỗi thức ăn, các sinh vật sẽ phải lấy số lượng để bù đắp cho năng lượng lãng phí mà chúng không hấp thụ được. Hãy nhìn vào vùng xa-van ở Châu Phi nơi có hàng triệu con linh dương nhưng chỉ có khoảng vài trăm con sư tử.

Và nếu như đã có hàng triệu con linh dương, lượng thực vật ở Châu Phi nuôi dưỡng chúng cũng phải khổng lồ đến mức không thể đếm được. Nếu không có đủ thực vật, những con linh dương sẽ phải giảm dần số lượng, kéo theo cả các loài ăn nó như cá sấu và sư tử.

Đây cũng chính là lý do giải thích tại sao những động vật ăn cỏ lớn nhất hành tinh trong quá khứ đều đã tuyệt chủng, kể cả những loài săn chúng để ăn thịt như T-rex. Nếu muốn sinh tồn trên một hành tinh với nguồn thức ăn hạn chế, chúng buộc phải tiến hóa để nhỏ đi.

Sự suy giảm theo cấp số mũ của kim tự tháp năng lượng: Từ thực vật tới động vật ăn cỏ, động vật ăn thịt và động vật ăn thịt đầu bảng

Bây giờ, bởi con người luôn nằm cuối cùng trên chuỗi thức ăn này, nuôi dưỡng chúng ta là một gánh nặng lớn nhất với Mẹ Tự Nhiên. Với 7 tỷ người trên Trái Đất, chúng ta đã phải tự tạo ra cho mình 23 tỷ con gà, 1,5 tỷ con bò, 1,4 tỷ con cừu và 1 tỷ con lợn…

Để thực sự nuôi dưỡng được những sinh vật này, chúng ta đang phải sử dụng tới 70% diện tích đất nông nghiệp trên hành tinh chỉ để trồng thức ăn cho chúng. Nếu bạn không có một cánh đồng cỏ, bạn sẽ không thể nuôi bò. Và nếu không nuôi bò, bạn sẽ không thể sống.

Bởi vậy, không quá ngạc nhiên trong khi dân số con người đang ngày một tăng lên trên khắp hành tinh, chúng ta vẫn bị đẩy vào những thành phố chật chội và bí bách, để nhường chỗ cho những cánh đồng trồng cỏ và cây lương thực.

Khi ăn một miếng thịt bò trên đĩa, bạn nên biết ơn cây cối vì đã dành cả cuộc đời của chúng để hấp thu năng lượng Mặt Trời giúp bạn, biết ơn những con bò đã nhai cỏ không ngừng nghỉ để giúp bạn chuyển năng lượng trong đó thành thịt.

Trên thế giới đang có 1,5 tỷ con bò và 70% đất nông nghiệp chúng ta sử dụng để nuôi những gia súc cung cấp thực phẩm như chúng

Cuối cùng, cái giá của việc đứng trên cùng chuỗi thức ăn, là hiệu số hấp thụ năng lượng cực kỳ thấp. Nó cũng giải thích lý do tại sao không một loài động vật nào có thể săn bắt chúng ta hoặc ăn thịt đồng loại của chính nó.

Với định luật 10%, chúng phải cần 10 mới có thể nuôi được một. Cho nên, nếu từng tồn tại một bộ tộc ăn thịt người, họ ắt hẳn cũng đã tuyệt chủng.