На главную
Вопрос 48. Проблема предбиологической эволюции. Роль каталитической химии в ее решении.

Представления о возможной химической (предбиологической) эволюции как новой предметной области химии зародились на рубеже XIX–XX вв. в связи с логической необходимостью объяснить связанность между физическими космогоническими теориями-гипотезами Канта (1724-1804) и Лапласа (1749-1827) и биологическими эволюционными учениями Ламарка (1744-1829) и Дарвина (1809-1882).
Таким образом, в XIX в. в результате взаимосвязи физического, космогонического и биологического эволюционного знаний в химии была обозначена новая предметная область: проблемы эволюции вещества как этапа в истории Вселенной от неорганических космических тел до возникновения жизни.
Эволюционные идеи в химии впервые возникли под влиянием космогонических гипотез в несколько большей степени, чем под влиянием эволюционного учения в биологии. Поэтому в первую очередь в химии (и геохимии) прозвучали идеи о неорганической эволюции и образовании химических элементов в космических условиях. В частности, такие идеи в 70-е гг. XIX в. выдвинул Локьер. Позднее, в 80-е гг., Крукс высказал мысль об эволюции химических элементов в речи «О происхождении химических элементов» (1886). Собственно термин «химическая эволюция», обозначающий именно эволюцию атомно-молекулярных систем в естественноисторических условиях, был введен Муром в 1913 г.
В результате в естествознании обозначились следующие варианты объяснения перехода от простых атомно-молекулярных образований до саморегулирующихся предбиологических систем:
1) возникновение простейших живых организмов в результате чистой случайности;
2) возникновение живых организмов в результате связи необходимости и случайности (т.е. усложнение молекулярных систем) может происходить только до определенного предбиологического уровня, но переход к живому организму происходит скачком при благоприятном стечении обстоятельств;
3) возникновение жизни в результате последовательных процессов самоорганизации в молекулярных открытых термодинамических системах вплоть до образования живых организмов (истоками этого направления в конкретных формулировках являются работы И.Р. Пригожина и его школы);
4) возникновение жизни на предбиологическом этапе в результате механизма естественного отбора для физико-химических макромолекулярных образований, коллоидных систем и т.п.;
5) возникновение жизни из простейших атомно-молекулярных систем в результате конструктивной деятельности Высшего Начала, Мирового Разума, Бога.
Начнем с анализа самых крайних вариантов, при принятии которых этап химической (предбиологической) эволюции исключается.
Библейский вариант сотворения Мира не входит в область научного рассмотрения.
Другой крайний вариант – возникновение живых организмов в результате чистой случайности. Скажем сразу, событие случайной встречи всех необходимых молекулярных компонентов в естественных условиях оценивается как непредставимо маловероятное.
Мала и вероятность подтверждения гипотезы панспермии, которой придерживался, например, известный физикохимик С.Аррениус, а в наше время Ф.Крик и Л.Оргелл. Даже в случае ее подтверждения, проблема химической эволюции просто переносится с земных исторических условий на некоторые другие космические объекты.
Рассмотрим проблемы предбиологической эволюции детально.
В результате проведенного анализа, можно выделить для рассмотрения гипотезы предбиологической (химической) эволюции, обозначенные нами выше пунктами 2, 3 и 4.
При этом сразу исключим вариант 4, поскольку имеется достаточно оснований для утверждения о том, что естественный отбор не может функционировать как фактор эволюции в неживых системах.
Если в современных эволюционных учениях о живой Природе доминирующей является теория (гипотеза) Дарвина, то в отношении химической (предбиологической) эволюции более приемлема концепция Ламарка.
Его эволюционное учение относится исключительно к эволюции живых организмов. Аргументом в пользу «молекулярного ламаркизма» в противоположность предположению о возникновении жизни по чистой случайности является то, что истории Земли не хватает для того, чтобы и предбиологическая эволюция шла по Дарвину, т.е. с фактором случайности мутаций и наследованием приобретенных таким случайным образом признаков. В связи с этой проблемой отмечается, что «главный козырь ламарковского механизма на доклеточном этапе эволюции – быстрота, ведь времени на случайную и отбор нужных вариантов катастрофически не хватает».
На этом основании, в свою очередь, делается предположение о «механизмах стыковки» предбиологического и биологического этапов естественной эволюции: «Таким образом, можно выделить два скачка в формировании жизни: первый – появление полимерных глобул, способных к самоуплотнению и «ламарковской» эволюции, второй – возникновение «свободы» мутаций и прогрессивной эволюции путем естественного отбора.
Условия для возможности химической эволюции в естественных условиях усматриваются в факте обнаружения органических веществ на космических телах. Это усиливается интересной гипотезой о возможных процессах синтеза высокомолекулярных соединений в зернах межзвездной пыли при сверхнизких температурах в результате квантовомеханического туннелирования химических реакций – гипотеза «холодной» химической эволюции
В других работах центральным благоприятствующим фактором химической эволюции считается явление катализа.
Поскольку скорость химических процессов может регулироваться присутствием катализаторов, влияющих также на соотношение продуктов и специфичность химических процессов, значительная роль в химической эволюции отводится естественным каталитическим процессам. При этом выделяется особенное их значение в автокаталитических реакциях самоорганизующихся систем.
В настоящее время в естествознании осуществлена переборка множества вариантов необходимых условий для химической эволюции.
Помимо усилий по выявлению необходимых благоприятных условий для химической эволюции, создаются теории, в которых объясняются варианты химической эволюции при возможных неблагоприятных условиях.
Так, например, на первичных стадиях химической эволюции образованию органических макромолекул препятствовали бы процессы их окислительной деструкции. Однако есть научные основания считать, что на ранних этапах истории Земли ее атмосфера была восстановительной и состояла она из аммиака, воды, диоксида углерода. Свободный кислород, который разрушал бы органические соединения быстрее, чем они синтезировались бы, накопился в атмосфере только после появления на Земле жизни, а именно в результате деятельности фотосинтетических организмов.
Таким образом, снимается еще один «запрет» – предположение о невозможности молекулярной органической эволюции в связи с активными окислительными процессами в атмосфере Земли.
Можно сказать, что в современной биосфере имеются два фактора, препятствующие началу нового эволюционного процесса от молекулярного уровня: химический (окислительный) и биологический (обусловленный активной минерализацией органического вещества в природе живыми организмами). Второй фактор относится только к частной проблеме - обоснованию невозможности повторного начала эволюционного пути при наличии в окружающей среде живых организмов.
Конечно, в наибольшей степени возможность образования в истории Земли живых организмов без вмешательства извне выводится из предположения, что главным событием в ускорении эволюционного процесса было образование высокомолекулярных соединений, которые имеют большие возможности, по сравнению с малыми молекулами сохранить свою индивидуальность в различных природных превращениях. Основными объектами рассмотрения здесь, естественно, выступают биополимеры типа белков и нуклеиновых кислот.
В ряде экспериментальных работ показана возможность образования в естественных условиях биомолекул, но этого факта, конечно, далеко не достаточно для обоснования необходимости или возможности предбиологической эволюции.