2.4. Самоорганизация и эволюция химических систем

Способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их атомно-молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций. К условиям протекания химических процессов относятся прежде всего термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других условий. В еще большей степени характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и других добавок к реагентам, а также влиянием растворителей, стенок реактора и иных условий.

Не следует, однако, забывать, что эти условия могут оказывать воздействие на характер и результат химических реакций при определенной структуре молекул химических соединений. Наиболее активны в этом отношении соединения переменного состава с ослабленными связями между их компонентами. Именно на них и направлено в первую очередь действие разных катализаторов, которые значительно ускоряют ход химических реакций. В зависимости от структуры вступающих в реакцию веществ, а также от набора внешних параметров реакции можно говорить об эволюции веществ, т.е. о переходе в новые формы, более устойчивые, чем вступающие в реакции.

Меньшее влияние оказывают на реакции такие термодинамические факторы, как температура и давление. Для сравнения можно привести реакцию синтеза аммиака из азота и водорода. Вначале его не удавалось получить ни с помощью большого давления, ни высокой температуры, и только использование в качестве катализатора специально обработанного железа впервые привело к успеху. Однако эта реакция сопряжена с большими технологическими трудностями, которые удалось преодолеть после того, когда был использован металлорганический катализатор. В его присутствии синтез аммиака происходит при обычной температуре (18°С) и нормальном атмосферном давлении, что открывает большие перспективы не только для производства удобрений, но в будущем такого изменения генной структуры злаков (ржи и пшеницы), когда они не будут нуждаться в азотных удобрениях. Следует обратить особое внимание на то, что возникновение и эволюция жизни на Земле были бы невозможны без существования ферментов, служащих по сути дела «живыми» катализаторами. Тот факт, что катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим, т. е. на предбиотической стадии эволюции, в настоящее время подтверждается многими данными.

Роль химических процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры систем. На этом основании некоторые ученые, например, напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Другими словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем. Следует, однако, помнить, что переход к простейшим формам жизни предполагает также особый дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалом для образования биологических систем. В связи с этим достаточно отметить, что из более чем ста химических элементов лишь шесть (кислород, водород, азот, углерод, фосфор, сера) названных органогенами, служат основой для построения живых систем. Именно эти вещества демонстрируют качественный переход процесса самоорганизации в химии на более высокий уровень – организацию органических образований с новыми, не наблюдавшимися ранее свойствами.

В значительной степени именно химическими процессами в организме определяется как его собственное функционирование, так и психофизические процессы. Энергия поступает в человека как химико-биологическую систему в виде пищи. Эти химические продукты подвергаются сперва щелочной, а затем – кислотной обработке, в результате чего они разлагаются на более мелкие соединения – нуклеиновые кислоты и проч. Благодаря наличию в организме репликаторов – ДНК и РНК – из простейших соединений строятся (в процессе самоорганизации) белки, свойственные данному организму, поддерживающие его функционирование в определенных рамках в течение достаточно длительного времени. На клеточном уровне обмен веществом и энергией происходит также благодаря химическим реакциям, чаще всего происходящим в водных растворах. При этом значительное место отводится мембранным механизмам. Именно благодаря самоорганизации химических систем наибольшее влияние на мутации организмов оказывают химические вещества (особенно сильно проявляющиеся при отравлениях) и радиоактивные излучения. При наличии перечисленных внешних воздействий организм в соответствии с правилами обратной связи (положительной или отрицательной) либо эволюционирует, либо деградирует…

Таким образом, в §2 демонстрируется, что в значительной степени происходящие изменения в окружающем мире связаны с химическим взаимодействием элементов или образованных из них комплексов, то есть обусловлены химическими процессами. Для вступающих во взаимодействие веществ реакционная способность определяется строением или структурой образующих их элементов. Именно характером строения вступающих в реакции вещества определяются и получаемые в результате. Сформулированы концептуальные уровни познания в химии. Показано, что самоорганизация и эволюция таких сложных биологических систем как человек возможна именно благодаря осуществлению широкого круга химических реакций. В целом, материал §2 еще раз подчеркивает взаимосвязь и взаимопроникновение идентичных идей в, казалось бы, различные области знаний о природе…