<<
>>

Самоорганизация в химических и биологических процессах. Химико-биологические предпосылки и механизмы жизни

Особенности химии и ее концептуальные уровни В концептуальном плане между химией и физикой много общего, иногда химию даже называют физикой молекул. Но это уже другая физика. В различных космологических сценариях химические свойства включаются после физических, порой всего лишь минуты и секунды спустя.
Молекулы, действительно, синтезируются после возникших в «вакууме» элементарных частиц и атомов, и это остается ключом для понимания химических явлений. С другой стороны, разве химические процессы не способствуют пониманию физических явлений и свойств, их возможной коэволюции? Судя по всему, уместнее говорить о корреляции, синергии химических и физических свойств, своеобразной физико-химической самоорганизации, будь это глобальная космологическая эволюция или эволюция биологических структур. В свете антропного принципа имеет смысл рассматривать и биологическую эволюцию как составляющую единого физико-химико-биологического процесса. Хотя биологические свойства возникают значительно позже, вероятно, они «закладываются» в общую синергическую «программу» одновременно с физико-химическими свойствами и служат в той же степени их причиной, что и следствиями. В концептуальном плане химию с физикой сближает и то, что здесь также уместен поиск «первокирпичиков» — строительных элементов, носителей свойств, подобно атомам. Поиск элементов, или начал, составляет первый концептуальный уровень химии, восходящий к ретортам средневековых алхимиков, разлагающих химические соединения на составные части в поисках философского камня. (Мы не уверены, что от приоритета в этом вопросе отказались бы древние халдеи или египтяне.) Но только в периодической системе Менделеева каждый элемент был выделен по своим объективным характеристикам — атомному весу. Впоследствии были обнаружены изотопы — «варианты» одного и того же химического элемента с незначительными различиями по массе, и поэтому базисным свойством стал заряд ядра, определяющий номер элемента в периодической системе. Д.И. Менделеев предсказал не только новые химические элементы, оставив для них места в таблице, но даже их свойства. При жизни ученого было известно 62 элемента, 92-й (уран) был обнаружен к 1930 г. Благодаря физическому синтезу атомных ядер к настоящему моменту открыто более 100 элементов, и каждый новый все более неустойчив, иногда существуя лишь доли секунды. Предполагается выйти на некий островок стабильности на 126-м номере, возможно, стабильные состояния или новые элементы обнаружатся в космосе. Так, технеций, трудноуловимый в земных условиях и крайне необходимый для современной промышленности, «видит око» в происходящих на Солнце ядерных реакциях. С позиций атомизма решается проблема химических соединений. Долгое время не удавалось определить, что считать смесью, а что — соединением. К началу XIX в. сложилось убеждение (Ж. Пруст, Дж. Дальтон), что определяющим свойством химических соединений является постоянство состава. Однако в XX столетии были обнаружены химические соединения переменного состава (бертоллиды), и четкое различие вновь исчезло. Это связано и с переосмыслением классического определения молекул — мельчайших частиц вещества, обладающих его свойствами и могущих существовать самостоятельно. К молекулам ныне относят и разнообразные квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и их цепочки). Второй концептуальный уровень относится к структуре. Структурные различия определяют свойства не только на уровне простых молекул: именно изучение сложных структурных цепей (впервые на примере бензола — «змеи, кусающей себя за хвост») позволило выяснить генетический код в виде ДНК и РНК. Еще в прошлом веке структуру стали связывать с понятием валентности (Ф. Кекуле). Комбинируя атомы химических элементов по валентности, можно конструировать соединения с заданными свойствами. Важное значение при этом имеет степень напряжения, или энергия связи, находя объяснение с квантово-механических позиций. Таким образом, структура включает в себя не только упорядоченную связь, но и характер взаимодействия между элементами. Конечно, в эволюционном плане наибольшее внимание привлекают динамичные структуры. Третий уровень — исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов — температуры, давления, скорости протекания реакций. Дальнейшее углубление на этом уровне составляет изучение природы реагентов, участников химических реакций, а также катализаторов и ингибиторов. После этого мы выходим на явления синергии, самоорганизации, составляющие четвертый уровень. Влияние катализаторов особенно значительно в химических соединениях переменного состава с ослабленными связями между компонентами. В таких случаях катализаторы играют решающую роль, а некоторые реакции попросту невозможны без них. Благодаря катализаторам удалось «оживить» химических «мертвецов», например, нефтяные углеводороды типа парафина, с большой отдачей для промышленности. В других случаях катализаторы заменяют колоссальные температуры и давления, позволяя получать те же соединения (например, химические удобрения) в комнатных условиях. Аналогом может служить явление сверхпроводимости, которое удается получать при доступных температурах вместо сверхнизких. Все это привлекает внимание к явлениям самоорганизации и к катализаторам в качестве их элементов. Важные изменения концептуальных установок происходят в исследовании синтеза жизни. Здесь особое место принадлежит ферментам — живым катализаторам, белковым по природе. Ферменты — неизменные спутники таких процессов, как брожение. Каждый вид ферментов катализирует лишь превращение определенных веществ в единственном направлении, формируя и регулируя обмен веществ в организме. В концептуальном плане внимание привлекает наличие в ферментах двух неравновесных компонентов — активных центров и их носителей.
<< | >>
Источник: Торосян В.Г.. История и философия науки : учеб, для вузов. 2012

Еще по теме Самоорганизация в химических и биологических процессах. Химико-биологические предпосылки и механизмы жизни:

  1. 3. 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЖИВОГО
  2. 3.14.9. Биологические и социально-биологические концепции (Э. Уилсон, Ж. Дюби, И.П. Павлов, 3. Фрейд, В. Райх и др.)
  3. регулировании генно-инженерной деятельности» (с изм. и доп.) и др. 1.1. Правовые требования и меры по обращению с потенциально опасными химическими и биологическими веществами и материалами
  4. 11.4. В. Г. Горшков. «Физические и биологические основы устойчивости жизни»
  5. Биологическая индикация и биологический мониторинг
  6. §18/>Химическая, нефтехимическаяи химико-фармацевтическая промышленность
  7. 2. Взаимодействие биологических и социальных факторов Воссоединенность биологических и социальных факторов.
  8. Параграф 17.14. Обращение взыскания на животных, растения, иной биологический материал Статья 209. Правовая основа обращения взыскания на животных, растения, иной биологический материал
  9. Биологические системы
  10. Биологическое оружие
  11. ГЛОБАЛЬНЫЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ
  12. 4.6. Биологическая индикация
  13. 7.3. Биологические часы
  14. СВЕТ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ
  15. 6.4. Биологическая продукция и биомасса
  16. § 31. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМЫ
  17. §1. ГЛАВНЕЙШИЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗДРАЖИТЕЛИ
  18. 3. Евфеника: биологическое и социальное
  19. § 3. «БИОЛОГИЧЕСКИЙ» ЧЕЛОВЕК
  20. § 8. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ