Функциональный подход в эволюционной химии

 

В рамках этого подхода при анализе процессов биогенеза основное внимание уделяется выявлению законов, которым подчиняются процессы самоорганизации химических систем. Так, в 1964 г. профессор МГУ А. П. Руденко выдвинул теорию саморазвития открытых каталитических систем. Очень скоро она была преобразована в общую теорию химической эволюции и биогенеза. В ней решены вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, то есть о законах химической эволюции, отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, уровне химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюции.

Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы, а не молекулы. Выше мы упоминали, что при катализе идет реакция химического взаимодействия катализатора с реагентами с образованием при этом промежуточных комплексов со свойствами переходного состояния. Именно такой промежуточный каталитический комплекс Руденко назвал элементарной каталитической системой. Если в ходе реакции идет постоянный приток извне новых реактивов, отвод готовой продукции, а также выполняются некоторые дополнительные условия, реакция может идти неограниченно долго, находясь на одном и том же стационарном уровне. Такие многократно возобновляемые комплексы являются элементарными открытыми каталитическими системами.

Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходит за счет постоянного притока трансформируемой энергии. А так как основным источником энергии является базисная реакция, то максимальное эволюционное преимущество получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций. Таким образом, базисная реакция является не только источником энергии, но и орудием отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

Тем самым Руденко сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью реализуются те пути эволюционных изменений катализаторов, которые связаны с ростом их абсолютной каталитической активности. При этом по параметру абсолютной каталитической активности складываются механизмы конкуренции и естественного отбора.

Возникает явление автокатализа, при котором продукты реакции выступают в роли катализаторов, ускоряющих дальнейшее протекание реакции. При этом реакция становится саморазвивающейся, и элементарная открытая каталитическая система подходит к первому пределу в своем развитии, когда рост скорости базисной реакции начинает ограничиваться постоянной температурой системы. Тогда некоторые элементарные каталитические центры становятся способными осуществлять не один, а несколько циклов базисной реакции. На следующем этапе развития элементарной каталитической системы скорость реакции начинает ограничиваться концентрацией реагирующих веществ. При этом система подходит ко второму пределу в своем развитии, который преодолевается с помощью пространственного дублирования каталитических систем, их разъединения и дальнейшего самостоятельного существования. А самовоспроизведение (точное пространственное дублирование) является признаком не химической, а биологической эволюции. Именно так с матричных молекул ДНК считывается наследственная информация и на этой основе строится новая молекула. Таким образом, второй кинетический предел саморазвития элементарных открытых каталитических систем является пределом добиологической химической эволюции. После этого возможности добиологической эволюции, проходящей по законам химии, исчерпываются, и начинается эволюция биологическая.

Практическим следствием теории саморазвития открытых каталитических систем является так называемая нестационарная кинетика, которая занимается теорией управления нестационарными процессами – реакций с меняющимися условиями. Сегодня исследователи приходят к выводу, что стационарный режим, надежная стабилизация которого казалась залогом высокой эффективности промышленного процесса, является лишь частным случаем нестационарного режима. При этом было обнаружено множество нестационарных режимов, способствующих интенсификации реакции.

Сегодня уже совершенно ясны перспективы создания и развития новой химии, на основе которой будут созданы малоотходные, безотходные и энергосберегающие промышленные технологии.

Также мы можем говорить о появлении химической картины мира – взгляда на природу с точки зрения химии. В ней определяются место и роль химических объектов и процессов в реальном природном многообразии. Ее содержанием является:

– обобщенное знание эпохи о том, что представляют собой объекты живой и неживой природы со стороны их химического содержания. Сюда входит учение о многообразии частиц вещества, его химической организации;

– представление о происхождении всех основных типов природных объектов, их естественной эволюции;

– зависимость химических свойств природных объектов от их структуры;

– общие закономерности природных процессов как процессов химического движения - взаимодействия реагирующих веществ друг с другом и окружающей средой;

– знание о специфических объектах, синтезируемых в практической деятельности.

Вопросы для обсуждения

 

1. Что такое реакционная способность вещества? От чего она зависит?

2. Что является основной задачей аналитической химии? Какие методы она использует?

3. Сколько химических элементов известно? Сколько их может быть?

4. Что такое химическое соединение? Чем оно отличается от смеси?

5. Что такое атомная структура? Молекулярная структура?

6. Что такое катализаторы и ингибиторы?

7. Каковы основные идеи эволюционной химии?

8. Какова суть химической эволюции? Что об этом говорит субстратный подход?

9. Каковы основные идеи функционального подхода (теории АЛ. Руденко)?