Виталий Тихоплав - Идущие по пустыне: время

Этот процесс ныне представляется следующим образом.

1. На ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствовал. Условия высоких температур (выше 5 тысяч градусов по Кельвину [39]), электрические разряды и радиация препятствуют образованию конденсированного состояния.

2. Проявления катализа начинаются при снижении температуры ниже 5 тысяч градусов по Кельвину и образовании первичных тел.

3. Роль катализатора возрастала (но пока еще незначительно) по мере того, как физические условия (главным образом температура) приближались к современным земным значениям. Появление аминокислот и первичных сахаров было своеобразной некаталитической подготовкой старта для большого катализа.

4. Роль катализа в развитии химических систем после достижения стартового состояния, то есть известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать с фантастической быстротой. Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получились относительно большим числом химических путей и обладали широким каталитическим спектром.

В 60-х годах XX века было экспериментально установлено, что в ходе химической эволюции отбирались те химические структуры, которые способствовали резкому повышению активности и избирательной способности катализаторов. Это позволило профессору МГУ А. П. Руденко в 1964 году выдвинуть теорию саморазвития открытых каталитических систем, которая в развернутой форме появилась в 1969 году и была названа теорией эволюционного катализа.

Профессор А. П. Руденко считал, что единственной формой диалектического перехода от неживого вещества к живому среди всех возможных процессов развития материального мира является биогенез, или эволюционная химия, приводящая к возникновению жизни! [13].

Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем, и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы, а не молекулы.

При катализе идет реакция химического взаимодействия катализатора с реагентами с образованием при этом промежуточных комплексов со свойствами переходного состояния. Именно такой 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 (ЭОКС).

С точки зрения А. П. Руденко, процесс химической эволюции неотделим от явления катализа, причем объектом служит не отдельная молекула, а каталитическая система.

Наиболее сложным случаем катализа является автокатализ, возникающий при каталитическом воздействии продукта реакции на вступающие в нее исходные вещества. Таким образом, на химическом уровне организации материи возникает способность многократного самоускорения, изменения и развития, а саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходят за счет постоянного притока энергии.

Основным источником энергии, по мнению Руденко, является химическая реакция, которая борется с равновесием и самоорганизацией каталитических систем. В результате борьбы преимущество получает та, которая развивается на основе реакции с бо́льшим выделением тепла [40]и с ростом активности (базисная реакция). Максимальное эволюционное преимущество получает каталитическая система, развивающаяся на базе реакции с самым большим тепловыделением.

Базисная реакция является не только источником энергии, необходимой для полезной работы в системе, которая направлена против равновесия, но и орудием отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

– Руденко считает, что источником энергии, необходимой для полезной работы в организме, которая направлена против равновесия, является базовая химическая реакция. Базовая реакция – это та, которая идет с наибольшим тепловыделением. Это правильно?

Аструс: Нет, не совсем. Внутренняя энергия не задевается. Надо обязательно затрагивать именно внутреннюю энергию.

– Нам непонятно: с одной стороны, базовая реакция должна идти с ростом негэнтропии, а с другой – она характеризуется большим тепловыделением. А это ведет к росту энтропии (потерь энергии). Как связать два противоположных свойства?

Аструс: Как внешнее и внутреннее.

– Реакция – внешний фактор, выделение тепла – внутренний фактор. А как задеть внутреннюю энергию?

Аструс: Привлечь как диссипативный элемент, который нарушает закон равновесия.

– Нарушает закон в какую сторону?

Аструс: Возникает дискретность то вверх, то вниз. Вызывается раскачка. А при раскачивании возникает эффект усиления.

В ходе реакции происходит естественный отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью. Те же центры, изменение которых связано с уменьшением активности, постоянно выключаются из кинетического процесса, они «не выживают».

С точки зрения Руденко, при многократных последовательных необратимых изменениях катализатора переход его на все более высокие уровни сопровождается эволюцией механизма базисной реакции как за счет изменений состава и структуры катализаторов, функционировавших в начале реакции, так и за счет дробления химического процесса на элементарные стадии и появления новых катализаторов этих стадий. Эти новые катализаторы появляются за счет их саморазвития.

А. П. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью реализуются те пути эволюционных изменений катализатора, при которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.

Большую роль в этом процессе играет так называемый автокатализ, благодаря возникновению которого происходит самоускорение базисной реакции.

Итак, суть теории эволюционного катализа Руденко заключается в том, что в любой открытой системе (в живом организме) в процессе, направленном к равновесию, (за счет свободной энергии обменного процесса) происходит выделение энергии, часть которой расходуется на полезную работу, направленную против равновесия, а часть рассеивается в виде тепла.

Процесс, направленный к равновесию, – это катаболизм, связанный с химической реакцией распада продуктов питания и их окислением. Катаболизм идет с выделением энергии и ростом энтропии.