Жизнь с точки зрения физики и химии

Химический субстратный  синтез включает особый, специфически химический механизм - катализ, т. е. способность ускорения химических превращений. В химической форме материи, таким образом, возникает своеобразная способность многократного самоускорения движения и развития.

Химический  субстратный синтез - высшая и предельная форма субстратного синтеза в природе. Как способ развития, субстратный синтез связан с относительно простыми субстратами и с определенного уровня сложности становится невозможным. Это объясняется уже тем, что более сложные субстраты обладают большой автономностью и не могут объединяться.

Закономерный  характер химической эволюции

Детерминанты  направленности химической эволюции.

Направленность химической эволюции является прежде всего выражением, всеобщей направленности, определяющей всю бесконечную последовательность основных форм материй, вплоть до человека. Так как химическое возникает  на физического и существует на его  основе, химическая направленность опирается  на исходные для нее физическую направленность и направленность, заложенную в химических элементах. Последние заключает  в себе тенденцию к соединению, к прямому субстратному синтезу  и в этом смысле направленность развития является «априорной» по отношению к химической эволюции. На каждой ступени химической эволюции направленность развития дооформляется и развивается в ходе субстратных синтезов в этом плане выступает уже как «апостериорная».

Что определяет направленность химической эволюции от простого к  сложному, к возникновению живого? По этому ключевому вопросу в естественнонаучной и философской литературе существуют две основные точки зрения. Одни ученые (А.И. Опарин, Дж. Бернал, В.И. Кузнецов) считают, что фактором, определяющим развитие химического в сторону живого, является химический отбор, который дает оценку развивающихся химических систем относительно среды. В процессе отбора таких химических систем сохраняются и продолжают эволюционировать все более сложные системы. «Выживаемость» химических систем обусловлена усложняющимся химическим содержанием систем.

Согласно второй точке  зрения направленность химической эволюции определяется внутренними ограничениями, вытекающими из свойств химических элементов и их соединений. Не среда  совершенствует химическое, а химическое совершенствует само себя при сопоставлении  со средой. Активным фактором отбора оказывается, с этой точки зрения, само химическое, «отбор есть самоотбор «под углом  зрения» соответствия среде».

В разработанной А.П. Руденко  теории саморазвития открытых каталитических систем объектом химической эволюции рассматривается не молекула, а каталитическая система, включающая взаимодействующие  молекулы, катализаторы и химическую среду. Основным показателем развития каталитической системы является абсолютная каталитическая активность, рост которой  служит основой эволюционных изменений  каталитической системы, ее усложнения, которое происходит с нарастающей  вероятностью.

Паритетность химических синтезов является относительной, ибо  химические элементы неравноценны по своему химическому содержанию и, следовательно, эволюционному потенциалу. Поскольку  наиболее богатым химическим элементом  является углерод, с ним связано  магистральное направление химической эволюции. Атомы углерода образуют так называемую полипептидную связь, последовательность сотен тысяч  атомов углерода, к которой могут  присоединяться любые другие химические атомы и их группы. Химическая эволюция приводит к появлению такого химического  субстрата, который получает все  более богатое химическое содержание и становится основой химической эволюции, приобретает автономность и устойчивость. Субстратный синтез теряет при этом свой прежний «паритетный» характер, постепенно исчерпывает себя, а развивающийся химический субстрат становится все более способным  к самостоятельной эволюции, к  саморазвитию. Важнейшим свойством  такого субстрата оказывается самосохранение, которое осуществляется благодаря  тому, что химическая диссоциация  превращается в средство поддержания  синтеза, поддержания целостности  автономного субстрата. Когда химический процесс оказывается таким образом  «замкнутым на самого себя», т.е. становится средством поддержания целостности  материальной системы, химический субстрат превращается в живую материю, а  химический процесс становится жизненным процессом. По глубокому замечанию Ф. Энгельса, жизнь - это самосохраняющийся химический процесс. Жизнь, таким образом, является закономерным и необходимым результатом химической эволюции природы. 
Направленность химической эволюции на живое осуществляется посредством двух основных механизмов: химической изменчивости и химического отбора, которые по мере приближения химического к критическому периоду усложняются, накапливают в себе потенциальное биологическое содержание. Изменчивость, как и отбор, не носит чисто случайный характер, а имеет определенные «каналы», направленность, что, разумеется, не исключает случайности в предмутацноннсм процессе.

Основные ступени химической эволюции не случайны по отношению  к сущности химической формы материи, что их детерминация не сводится лишь к непосредственной, попарной связи  друг с другом, а имеет сквозной характер. Одной из основных закономерностей  развития является аккумуляция содержания - выражающей сущностную сторону развития.

Второй путь дальнейшего  решения проблемы детерминации развития связан с исследованием законов  развития химической формы материи, поскольку они выступают в  качестве наиболее существенных детерминант  развития. Периодический закон со своей физической стороны безусловно выступает как закон развития элементов, поскольку ядра атомов возникают  в процессе ядерного синтеза и  различаются по степени сложности. Но усложнение ядер атомов не является собственно химической эволюцией.

В своей общей формулировке периодичеокий закон явно выступает  как закон, выражающий лишь общее  – периодическую зависимость  свойств элементов вообще от их места  в системе элементов. Но развернутая  интерпретация его с необходимостью включает в себя указание на существование  закономерной последовательности различных  особенных. Детерминация особенного периодическим  законом выражается, во-первых, в  том, что этот закон в существенной мере обусловливает качественную неоднородность элементов, связанную о их различной  сложностью и, следовательно, с различной  ролью в химическом мире и его  эволюции. Поэтому надо заключить, что  основные этапы химической эволюции в существенной мере обусловливаются  этим законом.

Включенность особенного в содержание закона отнюдь не означает, что содержание особенного полностью  заключено в нем. Поэтому периодический  закон содержит в себе только какую-то сторону направленности развития химического. В своем полном виде она выражена в сущности химической формы материи, в ее тенденции к прямым субстратным  синтезам.

Детерминация развития химической формы материи своей внутренней стороной имеет противоречие между  тенденцией к синтезу и тенденцией к диссоциации. Постоянно стремясь к синтезу, преодолевая в процессе его тенденцию к диссоциации, химическое закономерно развивается, поднимаясь с одной ступени на другую. Развитие химической формы  материи в этом смысле предстает  как процесс развертывания основного  противоречия, как последовательность его ступеней или форм.

Аккумуляция.

В химической эволюции обнаруживается одна из важнейших закономерностей  развития - аккумуляция содержания низших ступеней в высших. Химическая эволюция представляет собой не простую смену одного состояния другим, а накопление, синтез основных результатов развития в последующих ступенях, в результате чего возникает материальный субстрат, обладающий наибольшим многообразием самых различных и даже противоположных свойств. Так, белки, один из важнейших компонентов живой материи, обладают кислотными и основными, гидрофильными и гидрофобными свойствами, обнаруживают все основные типы реакций. В нуклеиновых кислотах - втором важнейшем компоненте живой материи - благодаря их особой структуре происходит накопление информационного содержания в сжатой, кодированной форме.

Возникновение жизни обусловлено  прежде всего магистральным направлением химической эволюции, где химическая форма материи выступает в  своем оптимальном, или достаточно полном, содержании или многообразии. Учитывая это обстоятельство, большинство  крупнейших химиков мира считают, что  жизнь не может возникнуть на какой-либо иной, кроме углеродной основе. Например: на базе кремния или азота, которые  обладают несравненно меньшим, чем  углерод, многообразием химических связей и, следовательно, меньшим потенциалом  развития. «Все данные физико-химических исследований, - пишет А.И. Опарин, - говорят  нам о том, что иных форм соединений, ведущих к развитию жизни, не может  быть». По мнению В.Г. Фесенкова, «во  Вселенной органическая жизнь, если она вообще существует, может быть построена только на основе углеводородных соединений».

Аккумуляция содержания сопровождается его универсализапией. В процессе развития содержание не просто накапливается, но приобретает все более общий  характер, обогащается общими признаками (чертами). Тенденция к универсальному развитию химического субстрата  заложена в элементах-органогенах (способных  к созданию молекул с самыми разнообразными функциональными группами, конфигурацией, размерами), широко распространенных во Вселенной. Зрелость и полнота этой тенденции зависят от ступени  химической эволюции. На высшей ступени  развития химического универсализация  выражается в появлении такого субстрата (надмолекулярного комплекса), который  может вступать в максимальное многообразие связей и изменяться в соответствии с любыми изменениями среды. Такая  сложность и универсальность  химического субстрата становятся препятствием к его самостоятельному и устойчивому существованию. Самосохранение оказывается возможным только в  условиях биологической организации. Однако универсальность надмолекулярного комплекса имеет множественный  характер, т.е. остается универсальностью множества частей. Живое в отличие  от химического обладает общей реактивностью (общей реакцией организма на воздействия  внешней среды), являющейся обобщением реакционных способностей химического  комплекса.

Аккумуляция и детерминация являются двумя взаимообусловленными сторонами развития. Чем богаче, универсальнее химический субстрат, тем сильнее в нем выражено сущностное свойство материи «быть  причиной самой себя». Аккумулятивный характер развития, таким образом, необходимо приводит к усилению самодетерминации развития.

Диалектика  развития химической формы материи. В основу представления о способе развития химической формы материи Энгельсом было положено понятие химической реакции. Однако в последнем химический способ существования определен применительно к отдельным превращениям. Системный подход к совокупному миру и химических превращений позволяет заключить, что общим интегральным направлением химических превращений является синтез. С химической точки зрения синтез и диссоциация неравноценны в силу самой природы химических элементов, имманентный сущностным свойством которых является способность к образованию связей. С термодинамической точки зрения синтез также является более вероятным, чем распад, поскольку «интеграция всегда идет в направлении уменьшения общей свободной энергии системы» (Эндельгардт В. А.).

Наконец, общий взгляд на химический процесс в целом, идущий от элементов до макромолекулярного комплекса, лежащего в основе живого, дает основания признать, что диссоциация  атомов не является равноценной синтезу. Тенденция химического к синтезу  является абсолютной, а тенденция  к, распаду - относительной. 
Поскольку диалектика синтеза и распада есть частный случай соотношения противоположностей можно заключить, что синтез и распад диалектически взаимосвязаны, но в тоже время не являются равноценными: синтез включает в себя распад в качестве своего внутреннего момента.

Неравноценность синтеза  и распада в химическом процессе, дает основания для вывода о том, что сущность химического способа  существования и развития состоит  в прямом субстратном синтезе. Используя  традиционную формулу химической реакции  синтеза можно выразить также : в  конкретном химическом аспекте процесс  эволюции химической материи и возникновение  живой материи описан теорией  А.И. Опарина, считающейся наиболее вероятной гипотетической теорией  происхождения жизни. Согласно этой гипотезе предбиологическая эволюция прошла несколько основных ступеней - органических веществ (начиная с простейших соединений углерода СН, CN, СО) - высокомолекулярных полимеров (прежде всего первичных белков и простейших нуклеиновых кислот) - индивидуальных многомолекулярных систем, в результате направленной эволюции которых возникали первичные примитивные организмы. В процессе химической эволюции обнаруживается глубинная, внутренняя логика развития, которая скрыта под частностями и «деталями» химического процесса и может быть выявлена только совместными усилиями теоретической химии и философской науки. Как уже отмечалось, способом химического существования и развития является прямой субстратный синтез. Его основным внутренним противоречием является противоречие между субстратным синтезом как целостным процессом и включенным в него процессом химической диссоциации, или распада. Диалектический «смысл» субстратного синтеза заключается в том, что химические вещества по отдельности не обладают достаточным для саморазвития содержанием и поэтому химическая эволюция может осуществляться только посредством синтеза этих веществ. Преобладание, или абсолютность, химического синтеза ярко выражено уже на исходном уровне химической эволюции - в химических элементах, основной тенденцией которых является тенденция к синтезу, а не распаду, что предопределено уже физической структурой элементов - стабильностью атомного ядра и способностью электронных оболочек к электромагнитным взаимодействиям.

Исходной формой основного  противоречия выступает противоречие химического элемента с самим  собой. В химическом элементе в его  неуничтожимой тенденции к синтезу  потенциально заключены все последующие  этапы развития химического с  их противоречиями. Противоречие химического  с самим собой получает новый  вид в химических соединениях, усложнение которых приводит к такому моменту, когда устанавливается непрерывное  взаимодействие синтеза и диссоциации. Из их сложного взаимодействия, опосредованного  отношением химического со средой, рождается основное противоречие живого – противоречие между тенденцией самосохранения и тенденцией приспособления.