Идущие по пустыне: время

Каким образом природа в результате химических соединений образовала сложнейший высокоорганизованный комплекс – биосистему? Ответить на этот вопрос означает объяснить, каким образом природа из минимума химических элементов и соединений создала сложнейшие макромолекулы, а затем высокоорганизованный комплекс биосистем.

Для того чтобы элементарные частицы могли объединиться в атомы, должны были соблюдаться жесткие условия, характеризующиеся так называемыми фундаментальными постоянными.

Для нашей планеты таких фундаментальных постоянных четыре: скорость света в вакууме С = 299792,458 км/с; заряд и масса электрона; постоянная Планка, связывающая свойства волны и частицы, которая составляет 6,626 × 10^–34 Дж/с.

Причем случись изменение значения хотя бы одной из фундаментальных постоянных в ту или другую сторону на бесконечно малую долю процента – и жизнь на Земле никогда бы не возникла.

Для того чтобы создать сложнейшие макромолекулы, необходимо было провести отбор химических элементов.

В настоящее время известно более 100 химических элементов, однако, основу живых систем составляют только шесть элементов, получивших название органогенов С, Н, О, N, Р, S (углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера), общая весовая доля которых составляет 97,4 %. За ними следуют еще 12 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биосистем: Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co (натрий, калий, кальций, марганец, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт). Их весовая доля в организмах менее 1,6 %.

Об отборе свидетельствует и общая химическая картина мира. В настоящее время известно около 8 миллионов химических соединений. Из них подавляющее большинство (около 96 %) – это органические соединения, основной строительный материал, в которых все те же 6 + 12 элементов.

Интересно, что из остальных химических элементов Природа создала лишь около 300 тысяч неорганических соединений. Принцип отбора действует и далее. Так из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен. Далее, из 100 известных аминокислот в состав белков входят только 20. Важно отметить, что из такого узкого круга отобранных природой органических веществ сформировался весь труднообозримый мир живого.

Каковы же принципы отбора химических соединений – своеобразной «химической подготовки» к образованию сложнейших биологических систем? Выяснилось, что определяющая роль здесь принадлежит катализаторам, то есть веществам, активирующим молекулы реагентов и повышающим скорость химических реакций.

Этот процесс ныне представляется следующим образом.

1. На ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствовал. Условия высоких температур (выше 5 тысяч градусов по Кельвину[39]), электрические разряды и радиация препятствуют образованию конденсированного состояния.

2. Проявления катализа начинаются при снижении температуры ниже 5 тысяч градусов по Кельвину и образовании первичных тел.

3. Роль катализатора возрастала (но пока еще незначительно) по мере того, как физические условия (главным образом температура) приближались к современным земным значениям. Появление аминокислот и первичных сахаров было своеобразной некаталитической подготовкой старта для большого катализа.

4. Роль катализа в развитии химических систем после достижения стартового состояния, то есть известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать с фантастической быстротой. Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получились относительно большим числом химических путей и обладали широким каталитическим спектром.

В 60-х годах XX века было экспериментально установлено, что в ходе химической эволюции отбирались те химические структуры, которые способствовали резкому повышению активности и избирательной способности катализаторов. Это позволило профессору МГУ А. П. Руденко в 1964 году выдвинуть теорию саморазвития открытых каталитических систем, которая в развернутой форме появилась в 1969 году и была названа теорией эволюционного катализа.

Профессор А. П. Руденко считал, что единственной формой диалектического перехода от неживого вещества к живому среди всех возможных процессов развития материального мира является биогенез, или эволюционная химия, приводящая к возникновению жизни! [13].

Теория эволюционного катализа

Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем, и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы, а не молекулы.

При катализе идет реакция химического взаимодействия катализатора с реагентами с образованием при этом промежуточных комплексов со свойствами переходного состояния. Именно такой комплекс Руденко назвал элементарной каталитической системой.