Эволюционная химия

Химикам необходимо разобраться, как из минимального количества химических элементов и химических соединений сформировались наисложнейшие биосистемы. Без этого учёные не будут в состоянии приспособить к собственным нуждам простые химические системы и приобрести из них более сложные соединения.⁶

Можно допустить, что  обусловливающими моментами в отборе химических элементов при создании органических систем, а тем паче биосистем, являются условия соответствия данных элементов некоторым требованиям:

• Способности формировать крепкие и, таким образом, энергоёмкие связи;
• Энергоёмкие связи обязаны быть неустойчивыми (лабильными), способными к формированию новейших различных связей.

Подобным условиям соответствует углерод, являющийся органогеном номер один. Он, как  никакой иной элемент, в состоянии помещать и сдерживать внутри себя самые исключительные химические противоположности, осуществлять их цельность, выступать как носитель внутреннего противоречия.

Азот, фосфор и сера, выступающие в качестве органогенов, а также железо и магний, которые составляют активные центры ферментов, также не постоянны. Кислород и водород качеством не устойчивости располагают в меньшей степени, оттого и являются носителями окислительных и восстановительных процессов.

В настоящее время также понятно, что в процессе эволюции происходил отбор таких структур, которые содействовали резкому увеличению активности и селективности действия каталитических групп. Существуют уже и определённые заключения:

• На первоначальных стадиях химической эволюции органического мира катализа не было. Обстоятельства высоких температур (больше 5000 К), электрических разрядов и радиации, с одной стороны, мешали формированию конденсированного состояния вещества, а с другой – с лихвой перекрывали порции энергии, необходимые для совершения многих реакций;
• Первые проявления катализа возникли при улучшении условий и формировании первичных твёрдых веществ;
• Значение катализаторов возрастало по мере того, как физические условия близились к земным. Однако общая роль катализа вплоть до формирования более или менее сложных органических молекул все ещё не могла быть высокой;
• Вслед за накоплением определенного количественного минимума органических и неорганических соединений, главным образом, сахаров и аминокислот, значение катализа начало сильно увеличиваться.

 

 

 

 

 

 

3 Функциональный подход в эволюционной химии

В пределах функционального  подхода также исследуется значение катализа, и открываются законы, которым повинуются течения самоорганизации химических систем. Было замечено, что определяющее значение на предбиологическом этапе эволюции играл катализ. Значение каталитических процессов увеличивалось по мере усложнения состава и структуры химических систем. Как раз на данной основе отдельные учёные напрямую стали связывать химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. По-другому говоря, подобная эволюция если не полностью, то в значительной степени связана с процессами самоорганизации каталитических систем.⁷

Основываясь на этом, профессором  МГУ  Руденко А. П. была выдвинута теория саморазвития открытых каталитических систем. В скором времени она была реорганизована в общую теорию химической эволюции и биогенеза. В ней найдено решение вопросам, связанными с  движущими силами и механизмами эволюционного процесса, то есть  законам химической эволюции, отборе элементов и структур и их причинной  обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как результата эволюции.

Суть этой теории заключается в том, что химическая эволюция является саморазвитием каталитических систем, а, таким образом, эволюционирующее вещество представляют собой катализаторы, а не молекулы. Если в процессе реакции происходит устойчивый приток новых реактивов снаружи и отвод готовой продукции, а также осуществляются определённые дополнительные условия, то реакция может протекать неограниченно длительное время, пребывая на одном и том же стационарном уровне. Подобные неоднократно возобновляемые комплексы представляют собой элементарно открытые каталитические системы.

Саморазвитие, самоорганизация  и самоусложнение каталитических систем совершается посредством неизменного притока видоизменяемой энергии. А поскольку главный источник энергии представляет собой базисная реакция, то наибольшее эволюционное преимущество приобретают каталитические системы, которые развиваются на основе экзотермических реакций. Следовательно, базисная реакция является не исключительно источником энергии, но и орудием отбора самых передовых эволюционных модификаций катализаторов.

Тем самым Руденко А. П. выразил главный закон химической эволюции, в соответствии с которым с максимальной скоростью и возможностью осуществляются те направления эволюционных изменений катализаторов, которые связаны с увеличением их полной каталитической активности. При этом по параметру абсолютной каталитической активности формируются механизмы соперничества и естественного отбора.

Образуется явление автокатализа, где продукты реакции  выступают в качестве катализаторов, ускоряющих последующий ход реакции. При этом реакция делается саморазвивающейся, и элементарная открытая каталитическая система подходит к первому пределу в собственном развитии, при котором повышение скорости базисной реакции ограничивается устойчивой температурой системы. В таком случае отдельные элементарные каталитические центры делаются способными исполнять не один, а несколько циклов базисной реакции.

На следующей стадии  формирования элементарной каталитической системы быстрота реакции ограничивается концентрацией реагирующих веществ. При этом система подходит ко второму пределу в собственном развитии, который одолевается при помощи трехмерного дублирования каталитических систем, их разъединения и последующего независимого существования. А самовоспроизведение (чёткое пространственное дублирование) представляет собой признак не химической, а биологической эволюции. Собственно так с матричных молекул ДНК считываются наследственные сведения, и на этом основании выстраивается новая молекула.

Следовательно, второй кинетический предел саморазвития элементарных открытых каталитических систем представляет собой предел добиологической химической эволюции. Дальше возможности добиологической эволюции, которая протекает по законам химии, иссякают, и возникает эволюция биологическая.

Практическим результатом теории саморазвития открытых каталитических систем является так именуемая нестационарная кинетика, занимающаяся изучением теории управления нестационарными течениями – реакциями с изменяющимися условиями. В настоящее время учёные пришли к заключению, что стационарный режим, надёжная стабилизация которого выглядела залогом большой действенности промышленного процесса, представляет собой только частный случай нестационарного режима. При этом было выявлено большое количество нестационарных режимов, которые способствуют интенсификации реакции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Итак, в заключении подведём итоги проделанной работы.

В существующей в настоящее время химии энергично формируется самое, на мой взгляд, перспективное направление – эволюционная химия, которая занимается изучением процессов самопроизвольного синтеза новых соединений. В пределах эволюционной химии можно выделить два подхода к вопросу самоорганизации: субстратный и функциональный.

Субстратный подход заключается  в изучении вещественного основания биологических систем, то есть элементов-органов и некоторой структуры входящих в живой организм химических соединений. Итогом субстратного подхода к проблеме биогенеза, то есть происхождения жизни является получение сведений об отборе химических элементов и структур.

Функциональный подход концентрирует внимание на изучении самих процессов самоорганизации материальных систем, на раскрытии законов, которым повинуются данные процессы. При этом подходе эволюционные процессы зачастую рассматриваются с позиций кибернетики. Крайней точкой зрения в данном подходе является утверждение о совершенном равнодушии к материалу эволюционирующих систем.

Также хотелось бы сказать  о том, что Руденко А. П. был сформулирован ключевой закон химической эволюции: с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит предельное увеличение его абсолютной активности.

Саморазвитие, самоорганизация систем может случаться исключительно за счёт неизменного притока энергии, источником которой является первостепенная, то есть базисная реакция. Из этого вытекает, что наибольшие эволюционные преимущества приобретают каталитические системы, которые развиваются на основе экзотермических реакций.

 

 

Список использованной литературы

1. Садохин А. П. «Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления». - 6-е издание, переработанное и дополненное - М.: Юнити-дана, 2012.

2. Руденко А. П. «Роль химии в решении проблемы химической эволюции и биогенеза//Химия и мировоззрение». – М., Издательско-торговая корпорация "Дашков и К^о", 2006.

3. «Концепции современного естествознания. Хрестоматия для студентов гуманитарных Вузов». – М.: Астрель, АСТ, 2010.

4. Кузьменко Н. Е., Еремин  В. В., Попков В. А. «Начала химии.  Современный курс для поступающих в вузы». – 9-е издание, переработанное и дополненное - М.: Экзамен, 2012.

5. Браун Т., Лемей Т. Ю. «Химия в центре наук». - М., Инфра-М, 1999.

6. Рузавин Г. «Концепции  современного естествознания». –  М.: Проспект, 2013.

7. Горелов А. А. «Концепции  современного естествознания. Учебное  пособие для бакалавров». –  М.: Юнити-дана, 2013.

 

 

¹ Садохин А. П.  «Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления». - 6-е издание, переработанное и дополненное - М.: Юнити-дана, 2012.

² Руденко А. П. «Роль химии в решении проблемы химической эволюции и биогенеза//Химия и мировоззрение». – М., Издательско-торговая корпорация "Дашков и К^о", 2006.

³ Кузьменко Н. Е., Еремин  В. В., Попков В. А. «Начала химии.  Современный курс для поступающих в вузы». – 9-е издание, переработанное и дополненное - М.: Экзамен, 2012.

⁴ «Концепции современного естествознания. Хрестоматия для студентов гуманитарных Вузов». – М.: Астрель, АСТ, 2010.

⁵ Горелов А. А. «Концепции современного естествознания. Учебное пособие для бакалавров». – М.: Юнити-дана, 2013.

⁶ Браун Т., Лемей Т. Ю. «Химия в центре наук». - М., Инфра-М, 1999.

⁷ Рузавин Г. «Концепции современного естествознания». – М.: Проспект, 2013.