2. Понятие самоорганизации в химии.
Вопрос о
возникновении органической жизни остается до сих пор одним из самых интересных
и сложных вопросов современного естествознания. Ответить на этот вопрос
означает объяснить, каким образом природа из минимума химических элементов и
соединений создала сложнейшие макромолекулы, а затем высокоорганизованный
комплекс биосистем?
Ответ на этот вопрос ищется в
настоящее время в особой химической науке – Эволюционной химии. Ее иногда
называют также предбиологией – наукой о самоорганизации химических систем.
Под
самоорганизацией понимают самопроизвольное повышение упорядоченности уровней
сложности материальных динамических, т.е. качественно изменяющихся систем.
Субстратный
и функциональный подходы к проблеме самоорганизации предбиологических систем. В рамках
эволюционной химии выделяется два подхода к проблеме самоорганизации:
субстратный и функциональный. Функциональный подход сосредотачивает внимание на
исследовании самих процессов самоорганизации материальных систем, на выявлении
законов, которым подчиняются эти процессы. Здесь эволюционные процессы часто
рассматриваются с позиций кибернетики. Крайней точкой зрения в этом подходе является
утверждение о полном безразличии к материалу эволюционирующих систем.
Субстратный подход состоит в
исследовании вещественной основы биологических систем, т.е. элементов-органов и
определенной структуры входящих в живой организм химических соединений.
Результатом субстратного подхода к проблеме биогенеза (т.е. происхождение
жизни) является получение информации об отборе химических элементов и структур.
Действительно, налицо определенный
отбор химических элементов для создания эволюционирующих систем. В настоящее
время известно более 100 химических элементов, однако, основу живых систем
составляют только 6 элементов, получивших название органогенов: С, Н,
О, N, Р, S, 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. Их весовая доля в
организмах »1,6 %.
Об отборе свидетельствует и общая
химическая картина мира. В настоящее время известно около 8 млн. химических
соединений. Из них подавляющее большинство (около 96 %) – это органические
соединения, основной строительный
материал которых все те же 6 + 12 элементов. Интересно, что из остальных
химических элементов Природа создала лишь около 300 тыс. 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?
Оказалось, что определяющая роль здесь
принадлежит катализаторам, т.е. веществам, активирующим молекулы реагентов и
повышающим скорость химических реакций. Однако, катализаторы не остаются
неизмененными в ходе химических реакций: их активность либо падает, либо
возрастает.