Химическая эволюция и биогенез icon

Химическая эволюция и биогенез



НазваниеХимическая эволюция и биогенез
Дата конвертации28.09.2012
Размер223.07 Kb.
ТипДокументы

ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ И БИОГЕНЕЗ

А, П. Руденко

Химическая эволюция, приводящая к возникновению жизни,— биогенез, является единственной формой диа­лектического перехода от неживого вещества в живое среди всех возможных процессов развития материального мира. Знания в этой области всегда составляли суще­ственную часть картины мира и материалистического ми­ровоззрения. Поэтому проблемы химической эволюции и биогенеза относятся к важнейшим вопросам естествозна­ния, представляют большой интерес для материалистиче­ской философии и давно уже привлекают внимание уче­ных разиых специальностей.

^ 1. К ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В ХИМИИ

Проблема химической эволюции в полном виде как проблема „диалектического перехода от неживого веще­ства к живым организмам, от низших проявлений химиз-

70

аг а и высшие сформулирована в философско-методологи-ческом плане Ф. Энгельсом ', а также рассматривалась в трудах ряда естествоиспытателей, пытавшихся предста­вить происхождение жизни эволюционным путем. Начи­ная с работ А. И. Опарина2, предложившего коацерват-нуго теорию происхождения жизни, в которой впервые была рассмотрена конкретная физико-химическая модель этого сложного явления, ряд других исследователей3 развивали идею прогрессивной химической эволюции, варьируя и учитывая успехи науки в области биохимии и молекулярной биологии. Наряду с этим многие авто­ры рассматривали проблему химической эволюции и в частном виде, как проблему абиогенного синтеза органи­ческих и биологически важных веществ в природных условиях, как проблему образования химических соеди­нений вообще п даже как проблему происхождения эле­ментов.

В связи с этим возникает ряд принципиальных во­просов: что такое химическая эволюция в конкретном плане; существуют ли особые объекты химической эво­люции и специфические химические явления и законы, отличные от обычных химических проявлений, или к хи­мической эволюции относятся любые проявления химиз­ма; что эволюционирует в химии: вещества или процес­сы; каковы роль молекулярпо-структурного и. функцио­нального аспектов н их взаимоотношение в химической эволюции; каковы причины, движущие силы и законо­мерности прогрессивной химической эволюции. До появ­ления работ в области эволюционного катализа 4 не было Достаточно аргументированных ответов ни на один из этих вопросов, а без этого нельзя представить себе и

1 См.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е пзд. Т. 20. С. 73, 564.

2 Опарин А. И. Происхождение жизни. М., 1924; Он же. Воз­никновение жизни на земле. М., 1957.

3 См.: Haldane J. The origin of life//Rationalist Annual, 1929; Кальвин М. Химическая эволюция. М., 1971; Руттеп М.
Происхож­дение жнзнн (естественным путем). М., 1972; Новпк В. Теория Происхождения жизни «Коацерват в коапервате» // Происхожде­ние жизни и эволюционная биохимия. М., 1975. С. 222—236; Фокс С., Дозе К. Молекулярная эволюция и возникновение жизни. М., 1975; Кедров Н. М., Серебровспая. Н. Б. Проблема происхождения и сущ­ности жнзпи и ее философский аспект // Жури. ВХО им. Д. И. Мен­делеева. 1980. Т. 25, № 3. С. 252—275.

4 Руденко А. П. Саморазвивающиеся каталитические систе-^ М'>'//ДЛН СССР. 1964. Т. 159. С. 1374—1377; Он же. Теория само­развития открытых каталитических систем. М., 1969.

71


предмет химии в области химической эволюции. Поэтому химики не занимались этой проблемой 5. Несмотря на то что проблема химической эволюции и биогенеза по сути химическая и является одной: из актуальнейших проблем химии, она как бы временно выпала из круга интересов химиков, оказалась где-то в стороне от главных путей развития химии, но в то же время привлекла внимание биохимиков, биологов, геохимиков, геологов, астрофизиков.

Произошла своеобразная экспансия других наук в об­ласть химии, привнесшая несвойственные химии подход к проблеме и собственное понимание задач исследования и предмета в области химической эволюции. При этом был разработан биохимический подход к проблеме, рас­сматривающий осуществившуюся когда-то на Земле хи­мическую эволюцию ретроспективно, со стороны био­логии, на основе ее известного конечного результата. Основанием для разработки такого подхода послужили. большие успехи современной биохимии и молекулярной биологии в расшифровке биохимических функций, моле­кулярной основы и генетического кода живого, давшие знание настоящего, а также удовлетворительный опыт применения актуалистпческого подхода в такой описа­тельной науке, как историческая геология, где о сути прошлых событий вынуждены судить лишь по их следам.

Так как было показано, что живое вещество состоит из ограниченного числа видов простейших органических и неорганических молекул, образующих биополимеры или участвующих в метаболизме (20 а — аминокислот L—ряда, 5 пуринов и пиримндпнов, несколько моноса­харидов D—ряда, фосфорная кислота, вода и некоторые другие — всего несколько сотен, составляющих ничтож­ную часть от известного сейчас многообразия индиви­дуальных химических веществ), то согласно акту.алисти-чоскому подходу решение проблем химической эволюции и биогенеза казалось легко достижимым. Оно сводилось к объяснению путей образования и превращения в биополимеры небольшого числа веществ, т. е. к рас­смотрению молекулярной эволюции в ряду: простейшие неорганические и органические вещества — малые биомо­лекулы — биополимеры — надмолекулярные системы био­полимеров — живая клетка. ,

В соответствии с этим ставшщсь и задачи экспери­ментальных исследований, которые после известных опы-

5 Кузнецов В. И. Диалектика развития химии. М., 1973.

72

тов Мпллера" по синтезу аминокислот из смеси металла, аммиака и воды под действием электрических разрядов показали, что все молекулярные составляющие живого вещества (аминокислоты, карболовые кислоты, пурины, пприыидпны, моносахариды, порфирпноподобные веще­ства и нр.) могут быть легко синтезированы абиогенно из простейших веществ с привлечением реальных для усло­вий первичной Земли источников нехимнческон энергии (ультрафиолетовых лучей, электрических разрядов, радиоактивных излучений, тепла вулканических извер­жений, ударных волн и пр.). Следовательно, объяснение первого этапа молекулярной биохимической эволюции в рамках физических и химических законов не имеет ни­каких принципиальных трудностей, чего нельзя сказать о ее исследующих этапах.

Хотя все основные биополимеры также были синтези­рованы в абиогенных условиях — полшгентиды при тер­мической поликонденсащш аминокислот с помощью пнрофосфорноп кислоты7, нуклеозидфосфаты при дей­ствии УФ-лучей па адешш и метафосфат8, нуклеотиды и полинуклеотиды при нагревании углеводов и гетеро­циклических оснований с метафосфорпыми эфнрами9, тем не менее условия синтеза оказались резко отличными от условий, предполагавшихся для происхождения жизни в водной среде. Все этп синтезы, представляющие дегид-ратациопную конденсацию мономеров, в водной среде имеют положительный потенциал Гиббса и требуют до­полнительной затраты химической энергии, источники которой неизвестны. Без дополнительной энергии эти синтезы не могут осуществиться, а имевшиеся биополи­меры не смогли бы сохраниться длительное время, так-как равновесие процесса в этих условиях сдвинуто в сто­рону их гидролиза.

6 Miller S. L. Formation of organic Compounds on the Primitive Earth //The origin of Life on Earth. London, 1959. P. 123—135- cm. также: Кальвин М. Химическая эволюция. М., 1971; Фокс С., Дозе К. Молекулярная эволюция п возникновение жизни. М., 1975; Му­хин, Л. И. Химическая эволюция // Журп. ВХО им. Д. И. Менделее­ва. 1980. Т. 25, № 4. С. 412-418; Map хинин Е. К Вулканы' и ншзнь. М., 1980.

7 Парада К., Фокс С. Термическая поликонденсацпя свободных аминокислот с полифосфорной кислотой // Происхождение пред-оиологдческих систем. М., 1966. С. 292—302.

8 Саган К. Первичный синтез нуклеозндфосфатов под дейст-ппем ультрафиолетовых лучей//Там же. С. 211—223.

9 Шрам Г. Синтез пуклеозидоп и полпнуклеотидоп с помощью ^етафосфорных эфпров // Там же. С. 303—320.

73

Еще большие трудности и противоречия возникают при объяснении последующих этапов молекулярной эво­люции, а также ее причин, движущих сил, механизмов естественного отбора, происхождения генетического кода. Неясно, почему вообще происходит химическая этолюция и чем она отличается от неорганизованных химических процессов, почему для построения живого в эволюции было отобрано ограниченное число веществ из всех воз­можных, нечему химическая эволюция приводит к систе­мам, удаляющимся от равновесия, характерным свой­ством которых является устойчивое неравновесие, а все: остальные самопроизвольные процессы природы приводят к равновесию и т. д. Причины этих трудностей заклю­чаются, по-видимому, в неспособности актуалистпческого подхода вскрыть заколы химической эволюции, опре­деляющие ее условия, возможности, причины и направ­ленность, так как этот подход устанавливает процесс давно прошедшей, эволюции лишь по ее следам в совре­менной жизни, а факторы, условия п законы эволюции не сохраняют специфических следов ни в вещественном составе, ни в морфологических особенностях организ­мов 10. Поэтому нельзя сделать однозначных выводов даже о путях эволюции и причинах появления тех или иных структур, точно устанавливаемых в живых орга­низмах, не говоря уже о причинах и законах самой эво­люции. Из этого следует, что никакие дальнейшие успехи биохимии и молекулярной биологии в расшифровке био­химических функций, состава н молекулярной структуры компонентов живого не могут изменить создавшегося по­ложения при решении проблем химической эволюции и бпогенеза актуалистическим методом.

Эти трудности приводят исследователей либо к глубо­кой неудовлетворенности состоянием дел в области бпо­генеза, что высказывали, например, Бернал ", Кеньоп и Стешшан 12, либо к выводу о принципиальной: невозмож­ности объяснения исторического пути химической эволю­ции (Эйген13), либо к выводу о неприменимости законов

10 См. в связи с этим: Руденно А. П. Эволюционная химия н естсствепнопсторический подход к проблеме происхождения жиз-пи//Журн. ВХО им. Д. И. Менделеева. 1980. Т. 25, № 4. С. 390—. 404.

11 Бернал Дж. Возникновение жизни. М., 1969.

12 Кенъои Д., Сгсйнман Г. Биологическое предопределение. М„ 1972.

13 Эйген М. Самоорганизация материн и эволюция биологиче­ских макромолекул. М., 1973.

74

экспериментальной науки для обсуждения этих проблем (Мора11). Некоторые исследователи отказываются от решения этой проблемы для условий Земли и пускаются в фантастические предположения об особых экзотических условиях происхождения жизни у «молибденовой звез­ды» с последующим ее заносом к нам в результате целенаправленной деятельности внеземной цивилизации (Крик15, Оргел16), другие отказываются от эволюцион­ного подхода к этой проблеме, допуская случайность об­разования системы репликации ДНК (Кастлер") или самовоспроизводящихся белковонуклеотидных гиперцик­лов (Эйген18). В ряде наших работ проведен более под­робный анализ разных теорий происхождения жизни, основанных на идее молекулярной эволюции и биохими­ческом подходе к ней .

Легко видеть, что «экспансия» биолого-биохимических идей и методов в область химической эволюции, кроме привлечения внимания к проблеме и установления при­роды п происхождения ряда биологически важных ве­ществ, практически ничего не дала, ибо она не помогла ответить ни на один из сформулированных выше хими­ческих вопросов, касающихся специфики самого явления, объектов, причин и закономерностей химической эволю­ции; не дала объяснений, как и почему происходит хими­ческая эволюция и биогенез. Очевидно, что на вопросы, стоящие перед химией, должна и может сполна ответить только сама химия.

14 Мора П. Несостоятельность вероятностного подхода//Про­исхождение предбиологическпх систем. М., 1966. С. 47—75.

15 Criek F. N. The origin of the genetik code//J. Mol. Biol., 1968. T. 38. P. 367—379.

16 Orgel L. E. Evolution in the genetic apparatus//Ibid. P. 381—

17 Кастлер Г. Возникновение биологической организации. М.,

18 Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологиче­ских макромолекул. М., 1973.

13 Руденко А. П. Химическая добиологпческая эволюция ката­литических систем и критерий живого//Критерии живого. М., 1971. С. 37—56; Он же. Эволюционный катализ и проблема происхожде­ния жизни//Взаимодействие методов естественных наук в позна-"ин жпзпи. М., 1976. С. 186—235; Он же. Эволюционная химия н сстествешгонсторлчесшш подход к проблеме происхождения жпз-»Ц // Журн. ВХО им. Д. И. Менделеева. 1980. Т. 25, № 4. С. 390— 404.

75

ми,.-, способными к •_ прогрессивней • • хиуическо»^ зволдь щш г2, на,lOcijOB'e теории? эволюционного''каталша была разработана общая теория химической эволюции п био­генеза 23, описывающая условия, закономерности и есте­ственные этапы добиологнческой химической эволюции. ц обосновано выделение повой области науки — эволю­ционной химии ", изучающей объекты и процессы хими­ческой эволюции, ее условия и законы, естественные этапы и биогенез.

^ Формы структурной организации химических объек­тов. Объекты химической эволюции ЭОКС были выявле­ны в результате теоретического анализа разных проявле­ний катализа и нарушений их классических форм2Г|, а также распространения примененного при этом систем­ного и динамического подхода на все проявления химиз­ма 26. Было достигнуто общетеоретическое обобщение всех проявлений химии, дана их систематика " по сущ­ностным характеристикам, отражающим формы струк­турной и функциональной организации вещества и уров­ни проявлений, химизма, и показано, что только ЭОКС обладают комплексом свойств, необходимых для осуще­ствления прогрессивной химической эволюции. Вместе с тем была, определена сущность химической эволюции как процесса необратимых последовательных измене­ний ЭОКС.

Согласно упомянутой классификации все элементар­ные объекты химии по форме структурной организации делятся на две группы: объекты с равновесной организа­цией, структура которых определяется устойчивым по­рядком взаимодействия согласно принципу Больцмапа (молекулы и другие полиатомные образования), и объек­ты с неравновесной структурой п функциональной орга­низацией, порядок взаимодействия частей в которых и устойчивость структуры определяются ходом химического

22 Руденко Л. П. Эволюционный каталпз л проблема проис­хождения жизни.

23 ^ Кузнецов К. II. Диалектика развития химпи.

24 Кузнецов В. И. Диалектика развития химии; On же. Тендеп-",»и развития химии. М., 1976; Руденко А. П. Эволюционная химия и сстестпепнопсторлческий подход к проблеме происхождения 'кизил. i -'-

" Рцденко А. П. Саморазвивающиеся каталитические системы; и" же. Теория саморазвития открытых каталитических систем.

26 Руденко А. П. Физпко-хнмпческне основания химической эволюции // Жури. (риз. химии. 1983. Т. 57.

27 Там же,

77 -

процесса и интенсивностью обмена веществ ц энергии • (переходные состояния химических реакций, взятые в динамике, во всех (разах их образования и распада при превращении исходных -веществ). Такие динамические образования являются химическими системами. В отли­чие от статической структуры объектов первого рода., химическим системам свойственна динамическая структу­ра, существующая временно. „Имеются четыре типа эле­ментарных химических систем: элементарный некаталп-тТ™"с1шё~1?~каталптические, элементарные открытые не-каталнтпческпе и каталитические системы. Среди этих систем только ЭОКС способны существовать во времени и пространстве в виде генеалогически связанных катали­затором точно воспроизводимых копий неравновесной структурной л функциональной организации и прояв­ляют . свойство устойчивого неравновесия и гомеостазпса в цепочке повторных каталитических актов. В отличие от других систем ЭОКС способны..не только динамически существовать, но и развиваться при взаимодействии, с факторами внешне!) среды за счет изменений природы катализатора и устойчивого порядка его функциониро­вания.

Таким образом, представления об ЭОКС являются развитием представлений о переходных состояниях в кинетике с учетом нх системных и динамических . свойств.

^ Способ и условия существования объектов химической-эволюции. Основой существования любой ЭОКС является базисная реакция п катализатор, способом существова­ния — обмен веществ п энергии базисной реакции, а фор­мой неравновесной структурной п функциональной организации — устойчивый порядок функционирования катализатора (механизм базисной реакции), зависящий' только от • .природы базисной реакции и катализатора. Таким образом, сама химическая эволюция представляет Ообой последовательное изменение и усложнение меха­низма (аппарата осуществления) базисной' р'еакции при неизменной природе последней.

Так как существование ЭОКС возможно только в ходе базисной реакции, когда идет обмен веществ и энергии, а устойчивость систем определяется интенсивностью это­го обмена, можно получить количественные характе­ристики способности систем к существованию, харак­теристики гомеостазпса и неравновесия. Главными пара­метрами, входящими в эти характеристики, являются

78

абсолютная йаталитпческая активность

— —

а~ ~

(где п — число каталитических актов за время t; t* — длительность одного каталитического акта — константа, которая при постоянной температуре зависит только от природы катализатора, входящего в ЭОКС) и элементар­ное сродство базисного процесса

(где Д7 — потенциал Гпббса; Лгл — число Авогадро; а — коэффициент, зависящий от .стехиометрии базисной реакции) 28. Существование ЭОКС возможно, если я/>0, устойчивость и гомеостазис систем тем выше, чем боль­ше а/, а при одной и той же базисной реакции (/= const) of может изменяться лишь за счет изменений абсолютной каталитической активности, являющейся поэтому глав­ным параметром всех эволюционных характеристик п естественного отбора систем. Теоретическое рассмотрение условий существования и развития обобщенной моде­ли ЭОКС на основе этих параметров и позволило огра­ничить эти условия, охарактеризовать обобщенные свой­ства систем, особенности эволюционных изменений, прин­ципы и законы химической эволюции, причины и движущие силы эволюции, механизм естественного отбо--ра, -пределы развития, механизм формирования новых свойств и функций систем, естественные этапы химиче­ской эволюции в биологическую. Такое количественное рассмотрение и дало ответ на поставленные вопросы.

Из разработанных теорий следует, что существувэт-особые объекты и процессы химической эволюции, отли­чающиеся от обычных объектов и процессов химии, и что процессы абиогенного синтеза органических веществ и некоторые другие природные химические процессы не от­носятся к процессам прогрессивной химической эволюции п биогенеза, поскольку не связаны с существованием и развитием ЭОКС.

^ Химическое поведение систем. Анализ обобщенных свойств ЭОКС и особенностей процесса химической эво­люции показывает специфику проявлении высшего хн-

23 См.: Руденко Л. П. Теория саморазвития открытых катали­тических систем.

79


мизма, свойственного объектам и "процессам химической эволюции. В отличие от проявлений обычного химизма, связанного с "образованием ц распадом связей между ато­мами, ЭОКС свойственны реакции на воздействия факто­ров внешней среды системы в целом, приводящие к из­менениям ее неравновесной структурной и функциональ­ной организации, а не только к образованию и распаду связей между атомами. Устойчивость системы проявляет­ся в стремлении сохранить прежний порядок функциони­рования и само существование системы, что является проявлением гомеостазнса. Реакция же системы на внеш­ние воздействия сводится к ее приспособлению к этим воздействиям, сопровождаемому адекватным изменением ее кинетической и конституционной сферы, что следует считать проявлением ее химического поведения. В хими­ческом поведении ЭОКС в окружающей среде мы видим прототип отражения системой «внешнего мира» на хими­ческом уровне. По-видимому, именно в химическом по­ведении ЭОКС следует видеть проявление отражения на химическом уровне, а не в особых свойствах некоторых полуфункциональных молекул^как это предполагается ", ибо рассмотрение возможной реализации переходных со­стояний, в которых какая-то лабильная молекула может формировать себя по внешнему предмету и отражать его, сводится к рассмотрению химического поведения ЭОКС. Изменения ЭОКС в химической эволюции, связанные с изменениями природы их конституционной: сферы и по­рядка функционирования, могут быть представлены ^av последовательные изменения их химического поведения, а усложнения химического поведения DOKG в ходе прогрессивной химической эволюции постепенно прибли­жают проявления высшего химизма к проявлениям жиз­ни. Поэтому следует признать, что между проявлениями элементарного химизма, изучаемого классический химией, и проявлениями жизни существует область проявлений высшего химизма, который должен изучаться в пределах эволюционной химии. , .

^ Причины и закономерности химической эволюции. Наи­более существенной частью eobqto знания в облачи хи­мической эволюции и происхождении жизни, даваемо­го теориями эволюционного катализа и общей теорией химической эволюции и биогенеза, являются представле­ния о принципах и законах химической эволюции, ее

29 См.: Жданов 10. А. Углерод и жизрь. Ростов п/Д., 1968.

80

причинах и движущих силах в механизме естественного отбора. Выявление закономерностей и причин химиче­ской эволюции стало возможным только в результате разработки количественной теории, описывающей эволю­цию ЭОКС, и использования количественных парамет­ров кинетического, термодинамического, вероятностного и информационного характера в виде эволюционных функ­ций 30.

Среди эволюционных закономерностей химии выде­ляются:

принципы существования ЭОКС при неизменной их природе, характеризующие особенности их неравновесной структурной и функциональной организации; механизм гомеостазиса и необходимый комплекс постоянных усло­вий существования;

принципы выживания при однократных необратимых изменениях природы ЭОКС, характеризующие особен­ности эволюционных изменений и химического поведения систем при их взаимодействиях со случайными фактора­ми внешней среды и механизм первичного естественного отбора на выживание систем;

принципы развития при многократных изменениях природы ЭОКС, характеризующие возможность химиче­ской эволюции в виде цепей последовательных эволю­ционных изменений (феноменологические законы разви­тия ЭОКС вероятностного,, -кинетического, термодинами­ческого и информационного характера);

принципы саморазвития, самоорганизации и само-Усложпения ЭОКС, характеризующие направленность эволюции, ее причины, движущие силы и механизм есте­ственного отбора по прогрессивным качествам; эти прин­ципы являются следствием проявления основного зако-IFa прогрессивной химической эволюции, определяющего наибольшую скорость пли наибольшую вероятность тех путей эволюционных изменений, которые приводят к максимальному эволюционному эффекту, количественно Измеряемому функциями от абсолютной каталитической актцвности как переменной;

принципы саморазвития поведения ЭОКС, характери-3Ующие механизм опосредствованного выявления селек-Т1«Шоц ценности эволюционных изменений качественно-11оременных свойств (состав, строение, структурная и

30 См.: Руденко А. П. Теория саморазвития открытых каталп-'"ческпх систем.

81


функциональная организации и пр.) по прямому отбору на максимальную величину адекватно связанных с ними качественно постоянных эволюционных характеристик (функции от абсолютной каталитической активности);

принципы саморазвития свойств п функций ЭОКС в прогрессивной химической эволюции, характеризующие механизм преодоления вероятностных и кинетических пределов развития в результате формирования качествен­но новых признаков систем и определяющие естествен­ные этапы химической эволюции.

Причиной прогрессивной химической эволюции яв­ляется тенденция к росту рассеивания свободной энергии базисного обменного процесса, т. е. движущей сплои яв­ляется сама базисная реакция. Происходит саморазвитие ЭОКС по основному параметру а, сопровождаемое по­стоянным ростом общей мощности базисной реакции, определяемой величиной а/.

^ Основной закон эволюции и самоорганизация химиче­ских систем, ЗОКС свойственна определенная нерашювсс- " кая структурная ц функциональная организация на/ всех этапах химической эволюции, начиная с образо­вания простейших ЭОКС,—высота этой организации из­меряется внутренней полезной работой базисного процес­са, направленной против равновеспя и совершаемой в кинетической и конституционной, сферах ЭОКС- за счет временного задержания части освобождаемой в базисной реакции энергии. В ходе эволюции происходит .самораз­витие организации (самоорганизация) ЭОКС в папривле^ пни увеличения коэффициента полезного использования энергии базисного процесса на внутреннюю полезную ра­боту, чем она и может быть оценена количественно. 'В ходе эволюции происходи^ также саморазвитие слож­ности (самоусложненпе) ЭОКС в направлении улечиче-кпя объема эволюционной информации, запечатленной в физико-химических .изменениях системы п измеряемой числом актов эволюционных изменений систем. Однако теория показывает, что уровень самоорганизации и само­усложнения систем по прогрессивным и регрессивным путям развития, ограниченным' одним и тем же числом эволюционных стадий, один и. тот же. Различна лишь скорость роста самоорганизации п самоуслоишения; она выше по прогрессивным путям эволюции, чем по регрес­сивным. Это значит, что естественный отбор идет пе по сампм параметрам, характеризующим организацию " сложность ЭОКС, а по скоростям их возрастания, завися-

82

щим от кинетического параметра а. Из этого следует, что самоорганизация п самоусложиошю ЭОКС подчинены их саморазвитию по параметру а и пе могут происходить независимо. Точно так нее сущность и механизм этих процессов не могут быть поняты в отрыве от сущности явления саморазвития. Поэтому неправильно рассматри­вать самоорганизацию в прогрессивной эволюции в отры­ве от саморазвития и искать причины самоорганизации вис рамок проявления основного закона эволюции. Для рассмотрения вопросов самоорганизации прежде всего должен быть выявлен основной закон и определены дви­жущие силы эволюции пли хотя бы учтена зависимость эффекта самоорганизации от проявлений основного зако­на, подразумеваемого в пеявиой форме, как это делается, например, у Матвеева3|, учитывающего принцип дина­мического уравновешивания систем как основу самоорга­низации, или у Романовского32, говорящего о наличии «заводной пружины», приводящей в действие механизм самоорганизации. •

^ Естественные этапы химической эволюции и переход химической эволюции в биологическую. Типология эво­люционирующих объектов в эволюционной химии строит­ся па основе выявления обобщенных физико-химических форм преодоления вероятностных и кинетических преде­лов развития унифицированной модели ЭОКС согласно основному закону эволюции. При этом формируются ка­чественно новые свойства и функции систем, а весь ход химической эволюции разбивается такими пределами на естественные этапы, на каждом из которых эволюция продолжается с сохранением определенного наследствен­ного порядка функционирования п поведения ЭОКС. Последовательность этих этапов и физико-химические формы преодоления пределов строго детерминированы, так как зависят при одной и той же природе базисной реакции только от особенностей природы ЭОКС и факто­ров окружающей среды, обеспечивающих выполнение за-Кокгов эволюции при совершении эволюционных изме­нений.

При преодолении вероятностных пределов, связанных с° специфическими свойствами самих ЭОКС и внешней сРеДЫ, происходит саморазвитие механизма базисной

31 См.: Матвеев М. II. Диалектика самоорганизации предбло-Логцг,еских спстем- Казань, 1981.

32 См.: Романовский 10. М, Процессы самоорганизации в фнзн-Ке> хвмтш и биологии. М., 1981.




реакции: простые ЭОКС превращаются в сложные, прог исходит переход от неорганических катализаторов к орга­ническим, от гомогенных систем с прострапственпо-разобщенноп структурной и функциональной организа­цией к микрогетерогенным системам, имеющим границу раздела фаз, и т. д. При преодоления кнттотическкх^нре-долов (КП), связанных с постоянной тег,{пературоц т ограниченной концентрацией исходных веществ" базис ной реакции, происходят наиболее глубокие изменение саморазвития поведения ЭОКС: системы приобретают свойство однородного роста с умножением всехч их ката­литических функций, достигших максимального развития (I КП), формируется свойство точной пространственной -редубликации систем в целом, т. е. свойство размножения в результате деления (II КП). При этом не только из­меняются качественно-переменные свойства систем, свя­занные с их составом, структурой и неравновесной струк­турной и функциональной организацией, но происходят существенные качественные изменения параметров есте­ственного отбора, являющихся в эволюции качественно-постоянными свойствами. Благодаря этому химическая эволюция подразделяется на две области; первичную (от начала до. I КП) и продбтюлогическую (ox I K1I до II КП); после преодоления 'II КП химическая эволю­ция исчерпывается и начинается биологическая эволюция живых систем, в которые превращаются ЭОКС.

При переходе к биологической эволюции резко возрас­тает темп эволюции и изменяется характер естественного отбора. Если до I КП параметром отбора служила абсо­лютная каталитическая активность, изменявшаяся но за­кону развития



лидуальных ЭОКС, а после II КП — как эволюция попу­ляций самовоспроизводящихся ЭОКС. При этом в области химической эволюции проявляются несколько форм есте­ственного отбора педарвнновского типа, а в области био­логической эволюции одна форма отбора дарвиновско­го типа.

При переходе от химической тюл годин к биологиче­ской все особенности вещественного состава, неравновес­ной- структурной и функциональной организации систем, типа обмена веществ, вновь приобретенные свойства и функции — все, что входит в понятие природы и химиче­ского поведения ЭОКС, переходит в готовом виде к жи­вым системам, составляя их фундаментальные свойства. У живых систем появляется при этом всего лишь одно специфическое свойство точной пространственной редуб-лпкацпп систем в целом, дальнейшее развитие и услож­нение которого представляет внутреннее физико-химиче­ское содержание последующей биологической эволюции.

Таким образом, эволюционная химия перебрасывает мост от классической химии к биологии. При этом умест­но вспомнить пророческие слова Ф. Энгельса, который утверждал, что «.жизнь должна была возникнуть химиче­ским путем» 33; «химия подводит к органической жизни, е она продвинулась достаточно далеко вперед, чтобы га­рантировать нам, что она одна объяснит нам диалекти­ческий переход к организму» 34.

^ 3. ВЗАИМОСВЯЗЬ ХИМИЧЕСКОГО АСПЕКТА ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ И БИОГЕНЕЗА С ДРУГИМИ АСПЕКТАМИ

Ведущая роль химического аспекта проблемы химиче­ской эволюции и биогенеза. Анализ условий н закономер­ностей химической эволюции и биогенеза убедительно до-казывает, что весь диалектический переход от неживого в жпвос в пределах первпчпой и предбиологической хи-хшческой эволюции, как и преодоление общего предела химической эволюции (II КП), превращающее ЭОКС в простейшие живые системы, лежнт в рамках химии и подчиняется законам физики и химии, в том числе эво-Л1°цпонным законам химии. Проблема химической эволго-

" Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд. Т. 20. С. 73, 564. 34 Там ;ке.

85


щ.ч) и происхождения-, жизни — чисто 'хГимическая пробле­ма. Только при сстествеипопсторическом .подходе к jipo-С.чсмо она может быть решена в ее ключевых моментах (Это, конечно, не значит, что при решении этой сложней­шей проблемы совершенно бесполезны взгляды и теории биологии, а также все другие аспекты частичного рас­смотрения проблемы с каких-либо отдельных сторон. Здесь возможны молекулярно-структурные, функцноиаль- -. ные (кинетические), термодинамические, кибернетиче­ские (информационные), биофизические, биохимические, геохимические, астрофизические и другие специальные аспекты рассмотрения проблемы в зависимости от точек зрения, интересов и ограничений, вносимых отдельными учеными.)

; Отличие естественнопсторпческого подхода к пробле­ме, развиваемого в эволюционной химии, состоит в том, что он охватывает проблему в целом, рассматривает ее наиболее всесторонне, отдавая предпочтение первоочеред­ного решения вопросам о сущности, причинах, движущих силах и закономерностях химической эволюции. При таком подходе функциональный аспект неизбежно рас­сматривается совместно с молекулярпо-структурным, тер­модинамическим и информационным, причем принципы саморазвития, самоорганизации и самоусложнепия ЭОКС, устанавливаемые как химические закономерности, дают более общее решение проблемы самоорганизации систем. Место эволюционной химии среди концептуальных си стем химии. Верхняя граница химии. Согласно представ­лениям В. И. Кузнецова35, развитие химии можно пред­ставить себе в виде формирования концептуальных си­стем, опирающихся на прежние системы и приводящих к более высокому уровню нашего знания о химизме. В истории научной химии выделяются четыре концеп­туальные системы: учение о составе, учение о структур^ учение о реакциях, учение о химической эволюции-В становлении четвертой концептуальной системы полу" чпла отражение диалектика проблемы химической эволЮ' дин н биогенеза, причем главную роль здесь сыграла раз­работка общей теории химической эволюции и биогенез»"': впервые предпринятая в теории эволюционного катализа. По логике развития химических представлений чет­вертая концептуальная система является в химии послед-

, ибо дальнейшее усложнение и развитие изучаемых материальных объектов переводит их в ранг живых си­стем, являющихся объектами биологии. В связи с этим эволюционная химия дает представления о физико-хими­ческих критериях верхней границы химии н критериях перехода от неживых ЭРКС к живым системам. Благода­ря этому существует л предельная задача эволюционной химии при использовании явлений и законов химической эволюции в научных исследованиях и производственной деятельности. Этой задачей является воспроизведение ис­кусственных живых систем (ИЖС) в результате осущест­вления исчерпывающей химической эволюции в лабора­торных условиях. Прийти к решению такой задачи воз-можно только методами эволюционной химии, а для изучения поведения и развития ИЖС необходимы мето­ды биологии, т. е. должна возникнуть область науки и практической деятельности, связанная с жизнеобеспече­нием и биологией ИЖС, которая сопряжена с одновре­менным решением химических и биологических задач. Значение эволюционной химии для развития науки и решения практических задач. Здесь важно не только ре­шение предельной задачи, но н простое использование специфических свойств ЭОКС и принципов их самораз­вития. При этом могут быть разработаны принципиально новые способы осуществления химических процессов и получения нужных веществ. Если-же говорить о теорети-ческом_ и практическом решении продельной задачи, то очевидным здесь является большая роль эволюционной химии в научно-теоретическом обосновании явления жиз­ни, ее сущности и происхождения, в фундаментализацни основных биологических закономерностей, что важно для развития теоретической биологии. Воспроизведение ИЖС, кроме ^мировоззренческого и теоретического значения, имело бы огромное практическое значение, так как на °снове ИЖС как средства производства может быть со-3Даиа химико-биологическая технология промышленного производства искусственных пищевых продуктов из не-0Ргацического минерального сырья.

35 Кузнецов В. И. Диалектика развития химии. М., Он же. Тенденции развития хпмпи. М., 1976.

86




Похожие:

Химическая эволюция и биогенез iconВ. В. Эволюция сознания. Журнал Доклад
Мурашкин В. В. Эволюция сознания. Журнал «Доклады Независимых Авторов», 2006 г, выпуск №4, стр. 74. Электронный
Химическая эволюция и биогенез iconКонкурс внеклассных мероприятий по химии «Химическая эстафета», посвященном Международному году химии, учителя химии моу «Лицей №4» Ширяевой Татьяны Анатольевны
Работа на региональный конкурс внеклассных мероприятий по химии «Химическая эстафета»
Химическая эволюция и биогенез iconУрока: Атом. Ион. Ионная химическая связь. Тип урока: комбинированный Цель урока : расширение знаний о строении атома и ознакомление с понятиями «ион», «ионная химическая связь»
Цель урока: расширение знаний о строении атома и ознакомление с понятиями «ион», «ионная химическая связь»
Химическая эволюция и биогенез iconЗаконы эволюции вселенной часть постановка задачи об эволюции вселенной
Эволюция (лат evolution – развертывание) в философском смысле представляет собой такие постепенные изменения характеристик явлений...
Химическая эволюция и биогенез iconЗаконы эволюции вселенной часть постановка задачи об эволюции вселенной
Эволюция (лат evolution – развертывание) в философском смысле представляет собой такие постепенные изменения характеристик явлений...
Химическая эволюция и биогенез iconДокументы
1. /Тест по теме химическая связь.doc
Химическая эволюция и биогенез iconТема занятий
Клетка как биологическая система. Многообразие клеток. Химическая организация клетки. Метаболизм
Химическая эволюция и биогенез iconДокументы
1. /(Андреа В) Химическая свадьба Христиана Розенкрейца.txt
Химическая эволюция и биогенез iconР. П. Баканов эволюция газетной телекритики в 1991 – 2000 гг. (На примере материалов москвы и татарстана): резюме исследования
Баканов Р. П. Эволюция газетной телекритики в 1991 – 2000 гг. (на примере изданий Москвы и Татарстана): резюме исследования // Тонус....
Химическая эволюция и биогенез iconФорма 9 рейтинг-план
Периодическая система химических элементов и периодический закон Д. И. Менделеева. Химическая связь и строение молекул
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов