§9. Эволюционная химия

C шестидесятых годов 20-го века начинает оформляться четвертый концептуальный уровень химического знания (эволюционная химия), в основе которого лежит исследование процессов самопроизвольного синтеза новых химических соединений, имеющих по сравнению с исходными продуктами более низкую энтропию. Последнее означает, что получаемые продукты являются более сложными и высокоорганизованными по сравнению с исходными. Подобное наблюдается в живых системах. Поэтому современный концептуальный уровень химической науки подразумевает использование химического опыта живой природы, т.е. исследование самоорганизации химических систем. С другой стороны решение проблем эволюционной химии позволит приблизиться к разгадке ключевого вопроса биологии – возникновения и эволюции живого, т.к. в основе большинства биологических процессов лежат процессы химические.

Исключительно важную роль в высокой эффективности биохимических процессов играют ферменты – биокатализаторы. Поэтому для практических нужд ведутся исследования моделирования ферментов с целью использования их в химических реакциях, а также повышения их устойчивости (вне живой клетки ферменты обычно быстро разрушаются). И в этом направлении уже достигнуты определенные успехи.

В концептуальном плане очень важным оказалось осознание идеи эволюции вещества, которая до последней трети 20-го века химиков практически не интересовала (в отличие от биологии, где эволюционные идеи развивались с конца 18-го века, и физики, куда идея эволюции материи стала внедряться со второй четверти 20-го века).

Первые атомы – водорода и гелия возникли примерно через миллион лет после начала расширения Вселенной (Большого Взрыва) еще в дозвездную эру. Ядра атомов более тяжелых химических элементов стали синтезироваться в звездах первого поколения и при взрывах сверхновых через несколько миллиардов лет от Начала. Таким образом, вторичный межзвездный газ был уже существенно богаче по составу химических элементов.

По мере понижения его температуры и возникновения первых твердых тел возникают первые проявления катализа. Однако его роль в химической эволюции до появления более или менее сложных органических молекул была крайне невелика. После того как физические условия приблизились к условиям, существовавшим на молодой Земле, где был накоплен необходимый минимум неорганических и органических соединений, роль катализаторов начала резко возрастать.

В 1964 г. А.П.Руденко выдвинул теорию саморазвития открытых каталитических систем, которая вскоре переросла в общую теорию химической эволюции и биогенеза. В ней показано, что эволюционирующими элементами в развитии химических систем являются те структуры и органические соединения, которые усиливали активность и селективность действия катализаторов. Таким образом, на предбиологической стадии развития химических систем происходил отбор тех веществ и химических реакций, которые необходимы для возникновения живых организмов. Саморазвитие каталитической системы происходит за счет поглощения катализаторами энергии, выделяющейся в ходе реакции, т.е., эволюционное преимущество получают каталитические системы, в которых протекают экзотермические реакции, являющиеся средством отбора прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

КОНЦЕПЦИИ НАУК О ЗЕМЛЕ