1. «Лаборатория живого организма» — идеал химиков

Взгляды на живую природу, которые в XVIII— XIX вв. были связаны со слепым поклонением сверхъестественной «жизненной силе», в литературе получили название витализма. Как учение, объясняющее процессы жизнедеятельности действием не­материальных факторов, витализм был когда-то присущ и био­логии, и химии. Однако, возникнув преимущественно на почве гно­сеологических трудностей познания живого, он уже в начале XIX в. под влиянием первых успехов химических исследований органиче­ской природы стал утрачивать в химии свой прежний авторитет. Более того, на смену этому витализму, с явно идеалистическим оттенком, в середине XIX в. пришел другой, до известной степени противоположный первому: в нем сохранился термин «жизненная сила», сохранилось понятие жизненной силы, а вместе с ними исто­рия сохранила за ним и название витализма. Но его сущностью стало то направление исследований, которое приводило к выводам о несводимости живой природы к механическим, физическим или Даже химическим системам. Этот новый витализм в трудах осново-

171

положников классической органической химии базировался на представлениях о жизненной силе как сугубо материальном, а не сверхъестественном начале.

Показательной в этом отношении является эволюция взглядов Я. Берцелиуса, одного из основателей органической химии. Воспи­танный на идеях «ортодоксального витализма», Берцелиус с самого начала XIX в. отмечал удивительное совершенство живой природы и загадочность тех причин, которые обусловили это совершенство. Подобно другим ученым, он тоже прибегал к понятию жизненной силы. Вместе с тем Берцелиус постоянно искал способы выяснения этих причин отнюдь не в сверхъестественных силах.

С 1812 г., со времени открытия К. С. Кирхгофом реакции гид­ролиза крахмала под влиянием незначительного количества серной кислоты, наблюдал Берцелиус за ходом первых каталитических от­крытий. Разложение аммиака на металлах, осуществленное в 1813 г. Л. Тенаром; окисление метана кислородом воздуха на пла­тине, открытое в 1817 г. Г. Дэви; самовозгорание водорода и орга­нических веществ на платине, обнаруженное в 1820—1822 гг. и Деберейнером,— все это Берцелиус объединил в 1835 г. в одно целое, назвал катализом и увидел в нем связующее звено между не­органической и живой природой.

«Если мы обратимся теперь с этой идеей к химическим процес­сам в живой природе, — пишет Берцелиус в своем ежегоднике за 1835 год, — то перед нами открывается совершенно новый источник света. Когда мы видим, как природа откладывает диастаз в глаз­ках картофеля.., то мы познаем тот способ, которым нераствори­мый крахмал при помощи каталитической силы превращается в гумми и сахар, и окружение из глазков делается органом секреции для растворимых тел, из которых образуется сок в растущих за­родышах. Отсюда, однако, еще не следует, что этот каталитиче­ский процесс должен быть единственным в жизни растений; наобо­рот, благодаря этому мы получаем обоснованный повод думать, что в живых растениях и животных происходят тысячи каталити­ческих процессов и вызывают образование множества разнообраз­ных химических соединений,для создания которых из общего сыро­го материала, растительного сока и крови мы никогда бы не могли усмотреть приемлемой причины и которую мы в будущем, может быть, откроем в каталитической силе органической ткани, из кото­рой состоят органы живого тела» (цит. по [13]).

Катализ, а точнее биокатализ, — вот что Берцелиус называл ос­новой основ лаборатории живого организма.

Идеалом совершенства каталитических превращений считали лабораторию живого организма также Ю. Либих, М. Бертло, А. Гофман, X. Ф. Шенбейн, Г. Г. Густавсон и многие другие хими­ки XIX в.

Но и в XX в. химизм живой природы оставался идеалом иссле­дователей. Интересно в этой связи напомнить о речи академика

172

А. Е. Арбузова, произнесенной им 16 мая 1930 г. в Казани по слу-ч; 125-летия Казанского университета [14]. Он говорил о «путях и целях химии»,—об ограниченных запасах нефти, «которых в луч­шем случае может хватить на несколько десятков лет»; о катализе, который разрешил «вопрос искусственного получения жидкого топ­лива»; о необходимости экономии сырья и энергии при производст­ве материалов. Закончил же он свою речь такими словами: «Чем же химия будущего должна отличаться от химии настоящего? Подражание живой природе есть химия будущего!... И в тот день, когда в лаборатории будет синтезирован первый энзим, мы можем сказать, что наука получила в свои руки ключ, который она так долго и упорно ищет, — этот ключ к химии живой природы».

Много внимания вопросам ориентации на опыт живой природы уделяет Н. Н. Семенов. Здесь есть смысл привести хотя бы часть ха­рактеристики, которую дает он «химическому производству» жи­вой природы: «Природа при зарождении и эволюции новых орга­низмов создала молекулярные машины совершенно исключитель­ной точности, быстроты действия и необычайного совершенства. Вспомним, например, вскрытый недавно химиками и биологами синтез больших белковых молекул со строгим чередованием амино­кислот. В клетках имеются субмикроскопические сборные заводи­ки— рибосомы, включающие в себя рибонуклеиновые кислоты как сборочные «машины». Каждый сорт коротких молекул транспорт­ных рибонуклеиновых кислот захватывает один определенный вид аминокислот, несет их в рибосому и ставит каждую аминокислоту на свое место согласно информации, содержащейся в молекулах рибонуклеиновых кислот. Тут же к аминокислотам подходят ката­лизаторы-ферменты и осуществляют «сшивку» аминокислот в одну молекулу белка со строгим чередованием. Это настоящий квалифи­цированный завод, строящий молекулы по плану, выработанному природой в процессе эволюции» [15, с. 192—193].

И далее: «Используя те же принципы, на которых построена хи­мия организмов, в будущем (не повторяя в точности природу) мож­но будет построить новую химию, новое управление химическими процессами, где начнут применять принципы синтеза себе подобных молекул, по принципу ферментов будут созданы катализаторы та­кой степени специфичности, что далеко превзойдут существующие в нашей промышленности. Мы сможем создать преобразователи, использующие с большим КПД солнечный свет, превращая его в химическую и электрическую энергию, и обратно химическую энер­гию— в свет большой интенсивности. Быть может, совмещение био­химической энергетики с полимерными материалами даст возмож­ность создать макромолекулы, превращающие химическую энергию в механическую, подобно нашим мышцам.

Это кажется фантазией. Но ведь есть в науке великие проблемы познания. Такой была проблема изучения строения атома и особен­но его ядра. Прошло 50 лет экспериментального и теоретического

173

исследования, пока появилась реальная возможность использова­ния атомной энергии. Рассматриваемая нами проблема носит та­кой же характер, но решить ее нужно в более короткие сроки.

Начинать, я думаю, следует с создания специфических катали­заторов типа ферментов» [15, с. 194].

Здесь приведены высказывания ученых пока только как ориен­тир на что-то бесконечно совершенное. Достижим ли, однако, прак­тически этот идеал?

Ответ на этот вопрос представляется вполне оптимистическим. Если когда-то Берцелиус смог лишь выразить надежду на будущие успехи в области изучения химизма живой природы через катализ, если Г. Г. Густавсон, Ш. Фридель и Дж. Крафтс уже в недрах клас­сической органической химии проложили пути к каталитическому органическому синтезу, то XX в. был его триумфом. Правда, в 1930 г., когда А. Е. Арбузов выступил с речью, призывая к подра­жанию природе, предпосылок к конкретному решению задач хи­мической бионики по сути дела еще не было. Теперь же они появи лись и приобрели огромное значение. Теперь можно говорить о том, что химия в этом направлении прошла уже несколько ступеней, и все они связаны с развитием учения о катализе.