Количество просмотров публикации Эволюционная химия - 323
Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической безжизненной материи возникает органическая как основа жизни на Земле. Какая лаборатория лежит в базе этого процесса? Лаборатория, в которой без участия человека получаются новые химические соединения, более сложные, чем исходные вещества.
И.Я. Берцелиус первым установил, что основой живого является биокатализ, ᴛ.ᴇ. присутствие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя ее протекание. Эти катализаторы в живых системах определены самой природой, что и служит идеалом для многих химиков. Идеалом совершенства считали ʼʼживую лабораториюʼʼ немецкий ученый Ю. Либих, француз П.Э.М. Вертело и другие ученые.
Современные химики считают, что на базе изучения химии организмов можно разработать новое управление химическими процессами, а это позволит более экономично использовать имеющиеся в природе материалы и извлекать из них большую пользу. Для решения проблемы биокатализа и использования его результатов в промышленных масштабах химическая наука разработала ряд методов — изучение и использование приемов живой природы, применение отдельных ферментов для моделирования биокатализаторов, освоение механизмов живой природы, развитие исследований с целью применения принципов биокатализа в химических процессах и химической технологии.
Кузнецов В.И. и др. Размещено на реф.рфУказ. соч. С. 211.
В эволюционной химии существенное место отводится проблеме ʼʼсамоорганизацииʼʼ систем. Теория самоорганизации ʼʼотражает законы такого существования динамических систем, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сопровождается их восхождением на все более высокие уровни сложности в системной упорядоченности, или материальной организацииʼʼ1.
Для того чтобы начала действовать биологическая эволюция, природа на Земле создала необходимые химические элементы. Οʜᴎ возникают при очень высоких температурах при протекании ядерных реакций синтеза химических элементов. В начале образуются ядра протия (протоны), потом ядра гелия, бериллия, углерода, азота͵ кислорода и далее в определенной последовательности при соответствующих условиях другие элементы.
При температуре около 1010 степени по Кельвину возрастает и кинетическая энергия частиц звездной массы до такой степени, что силы гравитации не в состоянии удержать частицы вещества вместе и происходит взрыв звезды и ее последующее охлаждение. В этих условиях большая часть возникших элементов не может участвовать в ядерных реакциях и они остаются стабильными. При понижении температуры Земли ниже 5000 градусов по Кельвину вступает в силу химическая эволюция, которая дает различные химические соединения образовавшихся химических элементов.
В процессе самоорганизации предбиологических систем шел отбор необходимых элементов для появления жизни и ее функционирования. Из более 100 химических элементов, открытых к настоящему времени, многие принимают участие в жизнедеятельности живых организмов. Наука же считает, что только шесть элементов — углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера — составляют основу живых систем, из-за чего они и получили название органогенов.Весовая доля этих элементов в живом организме составляет 97,4%. Вместе с тем, в состав биологически важных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор. Размещено на реф.рфЕще около 20 элементов участвуют в жизнедеятельности живых систем исходя из среды обитания и состава питания.
Не менее важно и то обстоятельство, что все элементы, участвующие в построении живых систем и их функционировании, распределены по всей поверхности Земли. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, жизнь
1Кузнецов В.И. и др. Размещено на реф.рфУказ. соч. С. 240.
возникала в любом месте на Земле, где для этого создавались благоприятные условия. В космосе же преимущественно господствуют два элемента — водород и гелий, а остальные существуют в виде примесей и составляют ничтожно малую массу.
Особая роль отведена природой углероду. Этот элемент способен организовать связи с элементами, противостоящими друг другу, и удерживать их внутри себя. Атомы углерода образуют почти все типы химических связей. На базе шести органогенов и еще около 20 других элементов природа создала около 8 млн различных химических соединений, обнаруженных к настоящему времени; из них 96% приходится на органические соединения.
Из такого количества органических соединений в строительстве биомира задействованы природой всего несколько сотен. ʼʼИз 100 известных аминокислот в состав белков входит только 20; лишь по четыре нуклеотида ДНК и РНК лежат в базе всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмахʼʼ1.
Химики стремятся открыть секреты природы. Как она из такого ограниченного количества химических элементов и химических соединений образовала сложнейший высокоорганизованный комплекс — биосистему? Ответ на данный вопрос может дать возможность из имеющихся в избытке химических продуктов получать необходимые, дефицитные, к примеру из загрязняющего атмосферу СО2 — сахар и т.д.
Поиски различного рода природных катализаторов позволяют химикам сделать ряд выводов (к этому различными путями пришли также геология, геохимия, космохимия, термодинамика, химическая кинетика):
1) на ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствовал. Условия высоких температур — выше 5000 градусов по Кельвину, электрических разрядов и радиации препятствуют образованию конденсированного состояния;
2) первые проявления катализа начинаются при смягчении условий ниже 5000 градусов по Кельвину и образовании первичных тел;
3) роль катализатора возрастала по мере того, как физические условия (главным образом температура) приближались к земным.
Кузнецов В.И. и др. Размещено на реф.рфУказ. соч. С.243.
Но общее значение катализа (вплоть до образования более или менее сложных органических молекул) все еще не могло быть высоким;
4) появление таких даже относительно несложных систем, как СН3ОН; СН2 = СН2; НС = СН; Н2СО; НСООН; НС = N, а тем более оксикислот, аминокислот и первичных Сахаров, было своеобразной некаталитической подготовкой старта для большого катализа;
5) роль катализа в развитии химических систем после достижения стартового состояния, ᴛ.ᴇ. известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать с фантастической быстротой. Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получались относительно большим числом химических путей и обладали широким каталитическим спектром1.
Функциональный подход к объяснению предбиологической эволюции сосредоточен на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, выявлении законов, которым подчиняются такие процессы. Это в основном позиции физиков и математиков. Крайняя точка зрения здесь склоняется к тому, что живые системы бывают смоделированы даже из металлических.
В 1969 ᴦ. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее в самых общих положениях профессором Московского университета А.П. Руденко. Используя рациональность субстратного и функционального подходов, она отвечает на вопросы о ʼʼдвижущих силах и механизме эволюционного процесса, отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюцииʼʼ2.
Пока только эта теория в состоянии определить новую концептуальную систему, которая выходит за пределы учения о составе, структурной химии и учения о химических процессах. ʼʼСущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторыʼʼ3. В корне этой теории лежит утверждение о том, что процесс саморазвития химических катализаторов двигался в сторону
1Кузнецов В.И. и др. Размещено на реф.рфУказ. соч. С. 245.
2 Там же. С. 246.
3 Там же. С. 246.
их совершенствования, шел постоянный отбор все новых катализаторов с большей реактивной активностью.
Открытый А.П. Руденко основной закон химической эволюции гласит, что эволюционные изменения катализатора происходят в том направлении, где проявляется его максимальная активность. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходят за счёт энергии базисной реакции. По этой причине эволюционируют каталитические системы с большей энергией. Такие системы разрушают химическое равновесие и в результате являются инструментом отбора наиболее устойчивых эволюционных изменений в катализаторе.
Теория развития каталитических систем открывает следующие возможности: вьывлять этапы химической эволюции и на этой базе классифицировать катализаторы по уровню их организации; использовать принципиально новый метод изучения катализа; дать конкретную характеристику пределов химической эволюции и перехода от химогенеза (химического становления) к биогенезу, связанного с преодолением второго кинетического предела саморазвития каталитических систем.
Набирает теоретический и практический потенциал новейшее направление, расширяющее представление об эволюции химических систем, — нестационарная кинетика.На ее базе разрабатывается теория управления нестационарными процессами. Уже наработанные в этой области эмпирические материалы приводят исследователей к выводу, что стационарность режима катализаторов является лишь частным случаем нестационарности. Появляются сведения о том, что нестационарные режимы создаются искусственно и способствуют интенсификации реакций в катализаторах.
Развитие химических знаний позволяет надеяться на разрешение многих проблем, которые встали перед человечеством в результате его наукоемкой и энергоемкой практической деятельности. Предполагается значительное ускорение химических превращений за счёт освоения катализаторов будущего на принципиально новой основе, бережное и полное использование всех видов углеводородного сырья, а не только нефти, создание полностью безотходных производств.
Химическая наука уже имеет предпосылки для получения водорода из воды как самого высокоэффективного и экологически чистого топлива, для организации промышленного производства
по получению широкого спектра органических продуктов из углекислого газа, а также для промышленного производства различных материалов, где вместо углеводорода будут использоваться фторуглероды. Химическая наука ставит своей целью создание самых экономичных и экологически чистых производств и уже имеет для этого определенный потенциал.
На своем высшем эволюционном уровне химическая наука углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, в т.ч. о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной.
Химическая эволюция на Земле создала все предпосылки для появления живого из неживой природы. А Земля оказалась в таких специфических условиях, что эти предпосылки смогли реализоваться. Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет. Жизнь полностью зависит от сохранения соответствующих условий ее функционирования, а это во многом зависит от самого человека. Видимо, одним из проявлений природы стало и появление человека как самосознающей себя материи. На определенном этапе он может оказывать ощутимое воздействие на среду собственного обитания, причем как позитивное, так и негативное. О генезисе жизни, ее структурных уровнях будет рассказано в следующей главе.
Вопросы для самоконтроля
1. От каких факторов зависят свойства веществ?
2. Объясните понятие ʼʼконцептуальные системы химииʼʼ.
3. Для чего химики изучают лабораторию ʼʼживой природыʼʼ?
4. Какими видятся конструкционные и строительные материалы будущего?
5. Кто является основоположником системного подхода в развитии химических знаний? Какую систему он построил?
6. Какие элементы называют органогенами и почему?
7. Каковы потенциальные возможности химии?
8. Что такое катализаторы?
9. Что подготовила химическая эволюция на Земле?
Библиографический список
1. Глинка Н.Л. Общая химия. - М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС, 2002.
2. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999.
3. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. — М.: Агар, 1996.
4. Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденции развития. — М.: Высшая школа, 1989.
5. Кузнецов В. И. Эволюция представлений об базовых законах жизни. — М.: Наука, 1967.
6. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. Химия. Ответы на вопросы. — М.: I Федеративная книготорговая компания, 1997.
7. Шиманович И.Е., Павлович М.Л., Тикавый В.Ф., Малашко П.М. Общая химия в формулах, определениях, схемах. — Минск.: Университетское, 1996.
8. Эмсли Дж. Элементы. — М.: Мир, 1993.
Глава 7
referatwork.ru
superbotanik.net
4. в развитии исследований, ориентированных на применение принципов биокатализа в химии и химической технологии, характеризуется постановкой самой широкой задачи - изучением и освоением всего каталитического опыта живой природы, в том числе и формирования фермента, клетки и даже организма. Это ступень, на которой основы эволюционной химии как действенной науки с ее рабочими функциями. Ученые утверждают, что это движение химической науки к принципиально новой химической технологии с перспективой создания аналогов живых систем. Решение названной задачи займет важнейшее место в создании химии будущего.
4.1 Химическая сущность процесса жизнедеятельности.
Эволюционная химия вошла в науку и практику сравнительно недавно - в 50-60-х годах. Если биологи к тому времени широко использовали эволюционную теорию Дарвина, то химики не проявляли активного интереса к происхождению видов, составляющему сущность эволюционной теории.. Не без оснований считалось, что получение любого нового химического вещества всегда было делом рук и достоянием разума человека: молекулы нового химического соединения конструировались по законам структурной химии из атомов и атомных групп, как здание строится из кирпичей или блоков. Живые же организмы подобным образом собрать нельзя. Но, несмотря на это, назревали эволюционные проблемы и для химических объектов, связанные с самопроизвольным (без участия человека) синтезом новых химических соединений - более сложных и высокоорганизованных продуктов по сравнению с исходными веществами. В этой связи эволюционную химию считают предтечей биологии - наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.
Истоки эволюционной химии уходят в далекое прошлое. Они связаны с давнишней мечтой химиков - освоить опыт лаборатории живого организма и понять, как из неорганической материи возникает органическая, а вместе с нею и жизнь. Первым ученым, осознавшим важность исключительно высокой упорядоченности, организованности и эффективности процессов в живых организмах, был один из основателей органической химии, шведский ученый Якоб Берцелиус (1779- 1848). Именно он впервые установил, что основой лаборатории живого организма является катализ, а точнее, биокатализ. Идеально совершенные превращения посредством катализа способна производить лаборатория живого организма - так считали немецкий ученый Ю. Либих (1803- 1873), французский естествоиспытатель М. Бертло (1827-1907) и многие другие химики XIX в.
Предполагается, что используя принципы химии организмов, можно построить совершенно новую химию, основанную на необычном управлении химическими процессами. Будут созданы аналогичные катализаторы, далеко превосходящие промышленные аналоги последнего времени. Тогда станет возможным преобразование солнечной энергии с большим коэффициентом полезного действия в другие виды энергии: химическую, электрическую, тепловую. Возможно, сочетание биохимической энергетики с синтезом полимерных материалов приведет к созданию такой макромолекулы, которая подобно нашим мышцам будет способна превратить химическую энергию в механическую.
Такие задачи могут показаться фантазией. Можно привести примеры, когда в науке многие проблемы вначале казались тоже фантастическими. В свое время это были проблемы строения атома и его ядра. Прошло около полстолетия экспериментальных и теоретических исследований - и первоначальные идеи вылились в реальную возможность получения атомной энергии.
Интенсивные исследования последнего времени направлены на выяснение как материального состава растительных и животных тканей, так и химических процессов, происходящих в организме. Такие по содержанию исследования проводят и химики-органики, и биохимики, и даже медики. При этом, решая одни и те же задачи, они ставят разные цели. Химиков-органиков интересуют перспективы создания более сложных веществ путем конструирования их молекул для реализации возможностей синтеза аналогов органических соединении, образующихся в живых организмах. Биологи преследуют цель изучения субстратной и функциональной основ жизнедеятельности организмов. Медики стремятся выяснить границы между нормой и патологией в организмах. Объединяет все эти исследования идея о ведущей роли ферментов или, в более широком смысле, биорегуляторов в процессе жизнедеятельности. Эта идея, впервые предложенная великим французским естествоиспытателем Луи Пастером (1822- 1895), остается основополагающей и по сей день при изучении химии живой природы в рамках динамической биохимии, основной предмет которой - химические процессы, происходящие в живом организме. В то же время изучением молекулярного состава и структуры ткани живого и неживого организма занимается статическая биохимия.
Динамическая биохимия родилась на рубеже XVIII и XIX столетий, когда начали различать процессы дыхания и брожения, ассимиляции и диссимиляции как некие превращения веществ. История исследования брожения включает не только определенные этапы познания действительности, но и трудности проникновения в тайны живого: веру в жизненную силу, надежды Берцелиуса на особые функции катализа в жизнедеятельности организмов, упрощенные представления "чистых химиков" - Либиха и Бертло о брожении как действии обычных химических сил, гениальные' предвидения Пастера о различиях между бесклеточным брожениям и ферментом живой деятельности дрожжевых клеток и, наконец, открытие белковой основы ферментов и их глубокой дифференциации, а вслед за этим участия на различных стадиях брожения различных ферментов.
Исследование брожения составляет основной предмет ферментологии - стержневой отрасли знаний о процессах жизнедеятельности. На протяжении весьма длительной истории исследования процесс биокатализа рассматривался с двух разных точек зрения. Одной из них, условно названной химической, придерживались Ю. Либих и М. Бертло, а другой - биологической - Л. Пастер.
В химической концепции весь катализ сводился к обычному химическому катализу. Несмотря на упрощенный подход в рамках концепции были установлены важные положения: аналогия между биокатализом и катализом, между ферментами и катализаторами; наличие в ферментах двух неравноценных компонентов - активных центров и носителей; заключение о важной роли ионов переходных металлов и активных центров многих ферментов; вывод о распространении на биокатализ законов химической кинетики; сведение в отдельных случаях биокатализа к катализу неорганическими агентами.
В начале развития биологическая концепция не располагала столь обширными экспериментальными подтверждениями. Ее основной опорой были труды Л. Пастера и, в частности, его прямые наблюдения за деятельностью молочнокислых бактерий, которые позволили выявить брожение и способность микроорганизмов получать необходимую им энергию для жизнедеятельности путем брожения. Из своих наблюдений Пастер сделал вывод об особом уровне материальной организации ферментов. Однако все его доводы, если и были не опровергнуты, то по крайней мере отодвинуты на задний план после открытия внеклеточного брожения, а позиция Пастера была объявлена виталистической.
Однако с течением времени концепция Пастера победила. О перспективности данной концепции свидетельствуют современные эволюционный катализ и молекулярная биология. С одной стороны, установлено, что состав и структура биополимерных молекул представляют собой единый набор для всех живых существ, вполне доступный для исследования физических и химических свойств - одни и те же физические и химические законы управляют как абиогенными процессами, так и процессами жизнедеятельности. С другой стороны, доказана исключительная специфичность живого, проявляющаяся не только в высших уровнях организации клетки, но и в поведении фрагментов живых систем на молекулярном уровне, на котором отражаются закономерности других уровней. Специфичность молекулярного уровня живого заключается в существенном различии принципов действия катализаторов и ферментов, в различии механизмов образования полимеров и биополимеров, структура которых определяется только генетическим кодом и, наконец, в своем необычном факте: многие химические реакции окисления-восстановления в живой клетке могут происходить без непосредственного контакта между реагирующими молекулами. А это означает, что в живых системах могут происходить такие химические превращения, которые не обнаруживались в неживом мире.
Заключение.
В заключение данного реферата можно сделать выводы, о том, что: - успехи человека в решении больших и малых проблем выживания в значительной мере были достигнуты благодаря развитию химии, становлению различных химических технологий. Успехи многих отраслей человеческой деятельности, во многом зависят от состояния и развития химии; - изучая условия протекания и закономерности химических процессов, человек вскрывает глубокую связь существующую между физическими, химическими и биологическими явлениями и одновременно перенимает у живой природы опыт, необходимый ему для получения новых веществ и материалов. Одна из задач химии, а именно самого новейшего ее направления — эволюционной химии, понять, как из неорганической материи возникает жизнь. Поэтому эволюционную химию можно назвать «предбиологией». - эффективность технологий на основе химии экстремальных состояний очень высока. Характерным для них является энергосбережение при высокой производительности, высокая автоматизация и простота управления технологическими процессами, небольшие размеры технологических установок;
- эволюционная химия совместно другими естественными науками, постепенно подступает к расшифровке механизма предбиологической эволюции и зарождения живого, а вместе с этим — и к созданию новейших технологий на принципах, позаимствованных у живой природы.
turboreferat.ru
КАФЕДРА ФИЛОСОФИИ И МЕТОДОЛОГИИ НАУКИ
РЕФЕРАТ ПО ФИЛОСОФИИ
на тему__ Эволюционная химия: сущность и основные проблемы.
Аспиранта (соискателя)
кафедры аналитической химии
Анисимова Б.П.
Минск, 2005
Содержание
Стр.
Введение 3
1. Философский подход к эволюции материи и в эволюционной химии 5
1.1. Теории эволюции материи по Спенсеру 6
1.1.1. Основные положения теории эволюции материи по Спенсеру 6
1.1.2. Эволюция материи во времени 9
1.1.3. Уровни организации вещества и их количественные характеристики 14
1.2. Методологические принципы концепции А.И. Опарина 15
1.3. Философские аспекты основных современных решений проблемы происхождения живого 17
2. Эволюционная химия как высший уровень развития химических знаний 19
2.1. Различные подходы к самоорганизации 21
2.2. Общая теория химической эволюции и биогенеза Руденко 25
Заключение 28
Список литературы 30
Введение
Основной проблемой химии является получения из веществ природы необходимых материалов (например: керамика, стекло, лекарства), но химические знания во все времена объединяла одна непреходящая и главная задача - задача получения веществ с необходимыми свойствами. Чтобы ее реализовать, надо уметь из одних веществ получать другие, то есть, осуществлять их качественные изменения. Качество - совокупность свойств веществ, следовательно, надо знать, как управлять свойствами, знать, от чего они зависят. Также химия одновременно должна решать и теоретические задачи генезиса свойств веществ, то есть полученные теоретические знания использовать для получения и производства необходимых материалов. Поэтому основная проблема - есть инвариантное ядро химии.
Ее основная проблема возникла в древности и не теряет своего значения и теперь, то есть, история химии есть единый процесс, а не сумма историй различных химических наук. Смена способов решения основной проблемы химии сопровождалась возникновением новых отраслей химического знания каждая со своим предметом:
Так в развитие химии происходило последовательное появление концептуальных систем, причем каждая новая возникала на основе научных достижений предыдущей, опиралась на нее и включала ее в себя в преобразованном виде. Идеи эволюции материи занимали важное место у геологов, астрономов, химиков же этот вопрос мало волновал. В отличие от биологов, которые вынуждены были использовать эволюционную теорию Дарвина для объяснения происхождения многочисленных видов растений и животных, химиков вопрос о происхождении вещества не волновал, потому что получение любого нового химического индивида всегда было делом рук и разума человека: молекула нового химического соединения конструировалась по законам структурной химии из атомов и атомных групп, как здание из кирпичей. Живые же организмы из блоков собрать нельзя. Возникновению эволюционной химии способствовали исследования в области моделирования биокатализаторов. В 1969г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, которая в общем виде была выдвинута в 1964 г., профессором Московского университета А.П. Руденко. Искусственный выбор каталитических структур ориентировался на естественную, осуществляемую природой эволюцию от неорганической химии к живым системам. Другим основанием для развития исследований в области эволюционной химии являются реальные достижения «нестационарной кинетики». В результате этих достижений у химиков появилась возможность решать эволюционные проблемы применительно к своим объектам. Это проблемы самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений, являющихся более высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. Поэтому эволюционную химию считают предбиологией - наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем и обогащение их более высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными. Наряду с понятием эволюционная химия используют понятие химическая эволюция, это процесс приводящий к возникновению жизни, - биогенезу, диалектическому переходу от неживого вещества в живое среди всех возможных процессов развития материального мира. Поэтому эволюционная химия и химическая эволюция тождественны, так как живое вещество и является более высокоорганизованным по отношению к неживому.
Выбор темы этого реферата связан с тем, что эволюционная химия появилась не давно, полностью еще не сформировалась, большому числу химиков еще даже не известно, что появился новый уровень развития химических знаний. Трудность этой темы обусловлена тем, что источники посвященная эволюционной химии весьма неполны, противоречивы. Эволюционная химия как наука носит междисциплинарный характер, ее развитие весьма актуально, так как эволюционная химия позволит создавать новые биотехнологии, безотходные технологии и производства, в которых химические процессы протекают не только в экстремальных (высокие давления и температуры), но и в обычных условиях. Также меня как аналитика интересует задача достоверного определения токсичных веществ в ультрамалых количествах, с помощью “биологических индикаторов”, а без знания процессов и механизмов взаимодействие живого и неживого, эта задача, может стать лженаучной. Возможно, не последнее место будет за методами эволюционной химии в решении проблемы “воспроизводства природной среды искусственным путем, приспособления ее к масштабам и темпам технического прогресса”1.
Целью данного реферата является обобщение имеющихся литературных источников по данной теме, рассмотрения эволюции материи, эволюционной химии и ее общей теории и основного закона с точек зрения философского, естественнонаучного2 и прикладного (технического) подхода.
1. Философский подход к эволюции материи и в эволюционной химии
В настоящее время перед естествознанием стоит задача выявления механизма закономерного, направленного характера развития материи в целом и в каждой из основных ее форм, включая химическую. Переход неживого вещества в живое является проблемой эволюционной химии. Изучение химической эволюции ставит перед философией вопрос о закономерности, месте и роли химической формы движения материи в едином мировом процессе. Так В. В. Орлова и Т. С. Васильева, считают, что “химическое представляет собой одну из основных форм материи, имеющую относительно самостоятельный характер и не сводимую к ее ближайшему предшественнику - физической материи. Она обладает специфическим способом существования и развития - субстратным синтезом и является закономерным звеном единого мирового процесса. Природа химической формы материи может быть выяснена только в контексте всеобщего мирового процесса. Последний получает объяснение на основе познания каждого из своих составных моментов - физической, химической, биологической и социальной форм материи. Исследование природы, факторов и закономерностей развития химической реальности делает возможным глубокое познание смежных с нею форм материи - физической, биологической и социальной. Эвристический потенциал химического знания блестяще проявился при объяснении одного из сложнейших биологических феноменов - наследственности. Процесс взаимодействия и взаимного проникновения концепций физики, химии, биологии, наук о человеке получит в будущем более радикальный характер, с которым можно связать появление новых продуктивных идей как в химии, так и в других фундаментальных науках”3.
Проблема химической эволюции находится среди многих естественнонаучных и философских проблем. Перед философией она ставит задачу более четкого определения таких понятий, как “эволюция”, “движение”, “развитие”, “форма движения материи”, “форма существования материи”, “сложность”, “иерархия”, “структура”, “система”, “организация”, “направленность”, “время”. Сейчас перед химией и философией остро встал вопрос о специфике химического. В связи с этим большое значение для всей проблемы эволюции имеет выявление специфических черт химического пространства и химического времени. В смежных науках - геологии и биологии - проблеме времени до сих пор уделялось значительно больше внимания, не говоря уже о физике4,5. Работа над проблемой химической эволюции позволяет выявить границы онтологической и гносеологической редукции, решить проблему редукционизма, которая продолжает оставаться актуальной.
Изучение химической формы движения материи в настоящее время невозможно рассматривать вне познания этапов химической эволюции вещества, т.е. вне временных и исторических характеристик химизма6. В данном реферате я расматриваю эволюцию живой материи на основании концепций Г.Спенсер и А.И. Опарина.
Упрощенно можно привести классификацию этапов химической эволюции.
1) астрофизический: синтез ядер химических элементов, синтез молекул в межзвездной среде;
2) космохимический: эволюция химических соединений на планетах, спутниках и кометах;
3) геохимический;
4) биогеохимический;
5) антропохимический.
Третий и четвертый этапы были выделены В. И. Вернадским, пятый (техногенный) - его учеником Ферсманом.
На каждом этапе действуют свои специфические законы. В силу этого естественнонаучное решение проблемы предполагает комплексный подход к изучению феномена химической эволюции
В 19 веке появились четыре великие концепции эволюции, разработка которых продолжается до настоящего времени. Они известны по своим авторам, - это Ж.Б.Ламарк, Ж.Кювье, Ч.Дарвин и Г.Спенсер. Три первых автора до сих пор цитируются в специальной биологической и философской литературе. Г.Спенсер на своих знаниях создал теорию эволюции материи. Дарвин Спенсера знал, цитировал его и не претендовал на приоритет в создании эволюционного учения. Дарвин сузил понятие эволюции до понятия биологической эволюции и предпринял все усилия для доказательства своих тезисов специфическими для биологии методами, а Спенсер под эволюцией понимал усложнение строения материи вообще и ограничился общеметодологическими рассуждениями.
1.1.1. Основные положения теории эволюции материи по Спенсеру
1. Во всей Вселенной, как целом, и в каждой мельчайшей ее части совершается непрерывное перераспределение материи и движения.
2. Это перераспределение создает эволюцию там, где преобладает интеграция материи и рассеяние движения, и создает разложение там, где преобладает потеря движения и дезинтеграция материи.
3. Эволюция является простой, когда процесс интеграции или образование концентрированного агрегата не осложняется другими процессами.
4. Эволюция является сложной, когда вместе с первичным переходом от бессвязной формы к более связной происходят вторичные изменения вследствие различия условий, в которых находятся различные части агрегата.
5. Эти вторичные изменения представляют превращение однородного в разнородное, превращение, совершающееся, как и первое, во всей Вселенной, как целом, и во всех (или почти во всех) ее мельчайших частях: в агрегате небесных светил и туманностей, в Солнечной системе, в Земле, как неорганической массе, в каждом растительном и животном организме (закон фон Бэра), в агрегате организмов геологического периода, в сознании, в обществе, во всех продуктах социальной деятельности.
6. Процесс интеграции, обнимающий всю Вселенную и действующий в каждом данном месте, комбинируется с процессом дифференциации, благодаря чему происходит уже не простой переход однородного к разнородному, но переход от неопределенной однородности к определенной разнородности, - и эта возрастающая определенность, которая сопровождает возрастающую разнородность, обнаруживается, как и последняя, во всей совокупности вещей и в каждом их разряде, вплоть до самых мельчайших.
7. Одновременно с перераспределением материи в каждом развивающемся агрегате происходит также перераспределение сохраненного движения его составных элементов по отношению друг к другу; это последнее также постепенно становится более определенно разнородным.
8. Так как бесконечной и абсолютной однородности не существует, перераспределение, одной из фаз которого является эволюция, неизбежно. Причины этой неизбежности следующие:
9. Неустойчивость однородного вследствие различного воздействия на различные части ограниченного агрегата посторонних сил. Проистекающие отсюда превращения усложняются благодаря:
turboreferat.ru
www.yurii.ru
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ХИМИЯ Эволюционная химия зародилась в 1950 - 1960 гг. Под эволюционными проблемами следует понимать проблемы самопроизвольного синтеза новых химических соединений (без участия человека). Эти соединения являются более сложными и более высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. В основе эволюционной химии лежат процессы биокатализа, ферментологии ; ориентирована она главным образом на исследование молекулярного уровня живого, что основой живого является биокатализ , т.е. присутствие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя ее протекание. Эти катализаторы в живых системах определены самой природой, что и служит идеалом для многих химиков. Идея концептуального представления о ведущей роли ферментов, биорегуляторов в процессе жизнедеятельности, предложенная французским естествоиспытателем Луи Пастером в ХIX веке, остается основополагающей и сегодня. Чрезвычайно плодотворным с этой точки зрения является исследование ферментов и раскрытие тонких механизмов их действия. Ферменты- это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многочисленные химические реакции, котолрые благодаря каталитическому действию ферментов могут идти с большой скоростью при температурах, подходящих для данного организма, т.е. в пределах примерно от 5 до 40 градусов. Можно сказать, что ферменты - это биологические катализаторы. В эволюционной химии существенное место отводится проблеме «самоорганизации» систем. Теория самоорганизации «отражает законы такого существования динамических систем, которое сопровождается их восхождением на все более высокие уровни сложности в системной упорядоченности, или материальной организации». Наука же считает, что только шесть элементов - углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера составляют основу живых систем, из-за чего они получили название органогенов. Весовая доля этих элементов в живом организме составляет 97,4%. Кроме того, в состав биологически важных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор. Особая роль отведена природой углероду. Этот элемент способен организовать связи с элементами, противостоящими друг другу, и удерживать их внутри себя. Атомы углерода образуют почти все типы химических связей. На основе шести органогенов и еще около 20 других элементов природа создала около 8 млн различных химических соединений, обнаруженных к настоящему времени. 96% из них приходится на органические соединения. Химики стремятся открыть секреты природы. Поиски различного рода природных катализаторов позволяют химикам сделать ряд выводов (к этому ра
зличными путями пришли также геология, геохимия, космохимия, термодинамика, химическая кинетика): Функциональный подход к объяснению предбиологической эволюции сосредоточен на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, выявлении законов, которым подчиняются такие процессы. Это в основном позиции физиков и математиков. Крайняя точка зрения здесь склоняется к тому, что живые системы могут быть смоделированы даже из металлических. В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее в самых общих положениях профессором Московского университета А.П. Руденко. В основе этой теории лежит утверждение о том, что процесс саморазвития химических катализаторов двигался в сторону их совершенствования, шел постоянный отбор все новых катализаторов с большей реактивной активностью. Открытый А.П. Руденко основной закон химической эволюции гласит, что эволюционные изменения катализатора происходят в том направлении, где проявляется его максимальная активность. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходят за счет энергии базисной реакции. Поэтому эволюционируют каталитические системы с большей энергией. Такие системы разрушают химическое равновесие и в результате являются инструментом отбора наиболее устойчивых эволюционных изменений в катализаторе. Теория саморазвития каталитических систем дает следующие возможности: выявлять этапы химической эволюции и на этой основе классифицировать катализаторы по уровню их организации; использовать принципиально новый метод изучения катализа; дать конкретную характеристику пределов в химической эволюции и перехода от химогенеза (химического становления) к биогенезу, связанного с преодолением второго кинетического предела саморазвития каталитических систем. Набирает теоретический и практический потенциал новейшее направление, расширяющее представление об эволюции химических систем, - нестационарная кинетика. Развитие химических знаний позволяет надеяться на разрешение многих проблем, которые встали перед человечеством в результате его наукоемкой и энергоемкой практической деятельности. Химическая наука на ее высшем эволюционном уровне углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, в том числе о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной. Химическая эволюция на Земле создала все предпосылки для появления живого из неживой природы. Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет. Жизнь полностью зависит от сохранения соответствующих условий ее функционирования. А это во многом зависит от самого человека.
www.litsoch.ru
