Философия_возм.как факт.напр.хим.эвол

отвечающие за реализацию основных возможностей химической материи, являются наиболее распространенными элементами Вселенной, а органогены H, O, C и N находятся в самом начале их списка. Похоже, уже этим химическая материя «настроена» на достижение своей основной полноты.

Все химические соединения являются естественными телами и имеют определенную форму, что позволяет подойти к химическим возможностям с другой стороны: характеризовать их безотносительно к специфике отдельных химических элементов и состава как возможности разных форм соединений. Сделать это позволяет понятие формы химической организации вещества, предложенное В.И.Кузнецовым6. В

его определении, химическая организация вещества – это основанная на обменном взаимодействии электронов упорядоченность отношений между атомами и (или) атомными агрегатами, вследствие которой образуется единая система: в случае устойчивой упорядоченности – частица химического соединения, в случае неустойчивой упорядоченности – кинетический континуум, в том числе переходное состояние. Нас будут интересовать пока возможные формы организации устойчивых соединений, которые тоже имеют иерархию уровней разной степени общности.

Самыми общими являются дальтонидная и бертоллидная (они названы так в честь Д.Дальтона и К.Бертолле) формы химической организации вещества. Дальтониды – соединения определенного или постоянного состава – подчиняются стехиометрическим законам, отличаются целочисленностью валентных отношений своих атомов и прочностью (большой энергией) химической связи, их первичные частицы являются «замкнутыми» системами и не допускают изменений числа входящих в них атомов потому, что валентные возможности их атомов использованы для взаимного насыщения. Бертоллиды – соединения неопределенного или переменного состава – не подчиняются стехиометрическим законам, основаны на нецелочисленных валентных отношениях атомов, имеют широкий диапазон изменения энергии их связей, являются «открытыми» системами: допускают неограниченное увеличение количества своих атомов. В переходе от одного дальтонидного соединения к другому доминирует дискретность, на разделяющем их интервале нет множества устойчивых соединений. У бертоллидов ситуация обратная. Поэтому бертоллидная форма имеет бо льшую, чем дальтонидная, емкость: возможное разнообразие соединений бертоллидного типа намного выше разнообразия дальтонидов. В этом отношении они подобны органическому и неорганическому вариантам химизма.

79

Общая возможность дальтонидной формы организации распадается на ряд возможностей меньшей общности. К дальтонидам отно-

сятся микросистемы: молекулы, ионы, свободные радикалы, комплекс-

ные соединения, – и макротела, включающие их в качестве своих частиц: газы, молекулярные кристаллы и жидкости. В кристаллах и жидкостях, однако, начинают проступать черты бертоллидной формы. Это обусловлено неизбежными для них межмолекулярными взаимодействиями.

Возможность бертоллидной формы организации тоже разделяется на ряд возможностей меньшей степени общности. К бертоллидам относятся твердые фазы переменного состава, носителями свойств которых являются первичные монокристаллы металлических сплавов, окислов и гидридов металлов, солей, монокристаллы элементов – металлов и металлоидов – и т.п. Далее идут жидкие растворы, носителями их свойств выступают сольваты: сложные квантовомеханические системы взаимодействия между частицами растворенного вещества, молекулами растворителя и его размытой кристаллической решеткой. Бертоллидами являются также коллоиды, носители их свойств – мицеллы – отличаются от сольватов тем, что взаимодействуют с растворителем как единый комплекс из многих тысяч частиц растворенного вещества, упорядоченный этим же взаимодействием. Он образуется, например, если частицы имеют участки, по-разному относящиеся к растворителю – отталкивающие его и «растворимые» в нем. Бертоллиды представлены, наконец, поверхностными соединениями. Они возникают на границе раздела фаз – твердой и жидкой, твердой и газовой – за счет хемосорбции и образования твердых растворов частиц жидкой или газовой фаз в веществе твердой фазы.

Следующие уровни возможных форм химической организации исследованы неравномерно. Больше всего известно о возможных формах кристаллов: все кристаллы являются вариантами семи кристаллографических систем (кубической, тригональной, гексагональной, тетрагональной, ромбической, моноклинной и триклинной), и пространственное расположение атомов в них имеет 230 возможных групп симметрии.

«Прогулка» по иерархии возможных форм химической организации вещества дает важную дополнительную информацию о структуре основной полноты содержания химической материи. Ее дает сравнение емкости этих форм. Очевидно прежде всего, что бо льшая доля ее основной полноты должна быть заключена в бертоллидной форме, варианты которой в свою очередь имеют разную емкость. Она

80

возрастает в направлении от твердых фаз переменного состава к растворам, коллоидам и поверхностным соединениям.

Во-первых, сами формы – безотносительно к конкретному составу их вещества – увеличивают в этом направлении свою сложность. Но если сольват проще мицеллы «по определению», то утверждение, что кристалл проще обоих и все они проще поверхностного соединения, требует оснований. Главным из них является степень подвижности вещества в этих формах, их отношение к преобразованиям вещества. Твердая фаза переменного состава сама по себе соответствует его стационарному состоянию. Сольваты же находятся в состоянии почти непрерывной реорганизации; одни из них растут, другие разрушаются. Момент стационарности тесно сопряжен у них с химической реорганизацией. Это же характерно – при большей внутренней сложности и емкости – мицеллам, а у поверхностных соединений превращается в своеобразную «жизнь», при которой адсорбция молекул или атомов на одной части поверхности дополняется одновременной десорбцией – на другой в рамках одной квантовомеханической системы. Размытая кристаллическая решетка растворителя жидких растворов и коллоидов, кристаллическая решетка твердой фазы поверхностных соединений, как правило, обладает, кроме того, каталитической активностью в отношении взаимодействующих с ней частиц. По этой причине они могут менять свою природу (структуру, состав) через образование активированного комплекса с атомами и на матрице этой решетки. Таким образом, сложность и емкость этих форм химической организации выражается в том, что, проходя через них, вещество демонстрирует и реализует возможности своего изменения. Значит, преимущественно в этих формах вещество должно двигаться к основной полноте возможного содержания химической материи.

Во-вторых, поскольку главная доля этой полноты – многообразие органических соединений, оно и должно быть основным (в плане многообразия, а не физической массы) содержанием этих наиболее емких вариантов бертоллидной формы химической организации – от жидких растворов до поверхностных соединений.

Представления о структуре возможного разнообразия соединений и о возможностях разных форм их химической организации, полученные во многом ретроспективно и потому достаточно надежные, вероятно, являются довольно детальным эскизом характера и структуры основной полноты химической материи. Однако вопрос, достигнута ли она на самом деле и как она выглядит, еще остается открытым. Окончательно ответить на него, двигаясь по нашей схеме снизу вверх, нель-

81

зя. Для этого необходимо убедиться, во-первых, что химическая эволюция в каком-то смысле действительно завершена, и, во-вторых, обнаружить в природе какое-то повторение ее первоначального результата.

Самый сильный аргумент в пользу первого – возникновение биологической формы материи. Единый мировой процесс перешел со своей химической ступени на другую – биологическую. Химическая ступень пройдена. Однако за ее пределами находится химическая основа живого, включенное в него химическое вещество, которое в известном смысле уже не принадлежит самому себе. Это вещество можно сравнивать по содержанию с веществом не включенной в живое части химической материи как с первым результатом ее развития. Их

частичное содержательное совпадение – на фоне названной «закон-

ченности» химической эволюции – и является, очевидно, основной полнотой возможного химического содержания.

Наиболее сложные соединения химической основы живого – белки, и по ним можно судить о степени этого совпадения. Она велика. «Белковые тела имеют массу сходств с другими веществами. Если попытаться перечислить даже их наиболее характерные признаки, так и в этом случае можно найти вещества-аналоги, обладающие теми же признаками (Курсив мой – О.Б.). Но есть признак, которым, кроме них, не обладает, по-видимому, ни одно другое вещество. Это – совместимость основных химических функций, принадлежащих в условиях in vitro разным веществам. Белковые тела в процессе жизнедеятельности, in vivo, совмещают в себе функции и реагентов, и катализаторов, и растворителей, и реакционных аппаратов-сосудов. Они совмещают в себе и такие противоположные функции, как кислотность и основность, способность быть донором и акцептором электронов. Белки обладают тончайшей химической индивидуальностью; это – типичные дальтониды, ибо они изменяют свое качество при малейшем изменении состава. И вместе с тем для них характерна лабильность химических связей – эта наиболее существенная черта бертоллидных систем… Элементарный состав белковых тел в общем довольно сложен: наряду с углеродом, водородом и азотом белки содержат серу, фосфор, галогены, иногда щелочные и щелочноземельные металлы, а в ряде случаев – железо, медь, цинк, марганец и другие металлы. Белковые тела обладают самыми различными функциональными группами, какие только знает органическая химия; здесь имеются активные карбонильные и карбоксильные группы, аминогруппы… эфирные связи, подвижные водородные атомы, а часто и металлоорга-

82

нические группировки со всевозможными типами… связи между металлом и органическим остовом» и т.д.7

Подобные характеристики обычно воспринимаются как свидетельства того, что химическая основа живого гораздо сложнее, богаче содержанием, чем неживой химизм. За пределами живого мы не встретим (оставим пока в стороне предбиологические системы) сопоставимого с масштабами клетки химического объекта, хотя бы приближающегося по богатству содержания к ее химической основе. Ее (основы) удельная сложность8, вероятно, на порядки превышает удельную сложность (плотность содержания) не включенных в живое химических систем.

Однако этим маскируется не менее важное обстоятельство: пол-

ное содержание не включенного в живое химического и полное содержание химической основы живого во многом совпадают, что тоже следует из приведенного описания свойств белка. Это совпадение, если вновь обратиться к схеме 6, явно лежит выше бедных содержанием всеобщей возможности соединения вообще, возможностей неорганических и органических соединений вообще и ближайших к ним уров-

ней возможного. Основная полнота весьма богата содержанием и,

так сказать, подробностями! Поэтому можно утверждать, что не номи-

нально, а действительно эволюция химической материи Вселенной

изначально направлена на живое основной полнотой содержания ее результата… который еще не есть живое. Живое, точнее его химическая основа, есть повторение этой полноты в следующем за ним результате эволюции химической материи. Видимая парадок-

сальность такого заключения исчезает, если учесть, что эти результаты в целом имеют разное содержание. У них разные «оболочки» основной полноты возможного химического содержания и, следовательно, разные формы этой полноты. Вопрос, который остается обсудить: на-

правлена ли эволюция химической материи Вселенной на живое так-

же и формой своего первоначального результата? В какой форме химическая материя может, не включаясь в живое, достичь основной полноты содержания?

Эта форма, как и форма химической основы живого, должна принадлежать какому-то естественному телу, по имени которого ее и следует называть. Форму основной полноты включенного в живое химического определим поэтому как ее биохимическую форму. Ее содержание имеет колоссальную плотность, обеспечиваемую молекулами белков, нуклеиновых кислот, других высокомолекулярных органических соединений, объединенных структурно и функционально – многочисленными реакциями, которые строго согласованы во

83

времени и пространстве – в надмолекулярную открытую, т.е. существующую при условии обмена веществом и энергией со средой, каталитическую систему. Она имеет все признаки естественного тела – преимущественно изнутри определяет свой состав, количественное и пространственно-временное соотношение компонентов, свои масштабы и внешние границы; имеет интегративные свойства вплоть до способности к самовоспроизведению путем точной пространственной редупликации (химической основы размножения).

Первое очевидное отличие интересующей нас добиохимической формы основной полноты химизма состоит в гораздо меньшей плотности ее содержания, поскольку не белки и т.п. соединения являются ее основой. Можно ожидать, следовательно, что она имеет превосходящие биохимическую форму масштабы. Ее естественное тело должно быть крупным. Попытаемся определить его природу, исходя из того, что основная полнота должна включать, в том числе, многообразие разных по емкости форм химической организации вещества. Разница их вероятных вкладов в эту полноту послужит нам ориентиром. Но прежде надо отметить, что «форма основной полноты химической материи» не тождественна «форме химической организации вещест-

ва». Последняя предполагает обязательно и только химическую интеграцию составляющих вещество частиц (основанную на обменном взаимодействии электронов упорядоченность отношений между атомами и атомными агрегатами), тогда как первая свободна от такого ограничения. Она допускает – наряду с химическими – другие, дополнительные способы интеграции химического вещества в естественное (лишь бы это было оно!) тело, например, гравитационные взаимодействия или нехимические варианты электромагнитного взаимодействия.

Химическая материя начинает свою эволюцию в условиях, предоставленных ей расширяющейся почти физической Вселенной. «Почти физической» означает – с долей идеализации – присутствие атомов химических элементов в отсутствии химических соединений. Эти условия экстремальны. С одной стороны, это условия наружных слоев «атмосферы» звезд, с другой – условия межзвездного пространства. Первые отличает огромная температура (от 500000 до 30000) и интенсивность излучения. Вторые – низкие температура (до нескольких градусов по шкале Кельвина) и плотность вещества (порядка 1 атома в 1см3 против 2,7·1019 молекул на 1см3 в воздухе). В атмосферах тех звезд, где температура находится у нижнего порога, возможна только дальтонидная форма химической организации вещества. Но представлена она очень немногими двухатомными образованиями (TiO, CN, CH, OH), большинство атомов сильно ионизировано (у них

84

«оторвана» бо льшая часть электронов), что исключает появление сколько-нибудь значимого разнообразия соединений постоянного состава и бертоллидных структур. Звезда явно не то место, где химическая материя может иметь основную полноту содержания.

Условия межзвездного пространства больше благоприятствуют реализации химических возможностей обеих форм химической организации. К концу 90-х гг. ХХ в. там обнаружено более 80 разных молекул, ионов и радикалов, начиная 2-атомными и вплоть до 13атомной молекулы9. Примечательно, что они собраны в довольно плотные молекулярные облака (тогда как обычно в межзвездном пространстве встречаются лишь немногие и самые простые из них: H2S, NH, CO, CN, CS, OH) и эти облака имеют черты естественных тел. Например, они способны к «термостатированию», которое предотвращает их перегревание за счет ионизации космическими лучами. Условия межзвездной среды допускают существование бертоллидов – кристаллических форм неорганических соединений в виде пылевых частиц. Если такие частицы присутствуют в молекулярных облаках, то придают им характер газово-пылевого комплекса, в котором вероятно образование поверхностных соединений на границе твердой и газовой фаз. Возможно, что синтез каких-то из обнаруженных в межзвездной среде молекул катализирован поверхностью пылинок. Вероятно, собственно поверхностные соединения более сложны и разнообразны, чем молекулы газовой составляющей комплексов: адсорбция молекул на кристаллической решетке может быть условием их полимеризации, невозможной в газовой фазе по причине ее разреженности. Кроме того, решетка, если на ней действительно происходит полимеризация, может защищать ее продукты от разрушения космическими лучами. Однако определить состав и структуру поверхностных соединений методом, которым устанавливается природа молекул газовой фазы – по спектру поглощения электромагнитных волн проходящего сквозь облако излучения звезд – нельзя: пылинки не прозрачны для излучения.

По-видимому, конденсированные космические объекты – метеоритные частицы, кометы – допускают большее, чем газово-пылевые комплексы, разнообразие соединений, но всех их роднит один недостаток: в них нет жидкой фазы вещества, т.е. отсутствуют самые ем-

кие варианты бертоллидной формы его организации – растворы, кол-

лоиды и поверхностные соединения на границе жидкость - твердое тело. Эти объекты, таким образом, тоже не являются местом, где химическое может иметь основную полноту своего возможного содержания.

85

Реально на это претендуют лишь планеты, масса и, вероятно, внутренние источники энергии и химические процессы которых, в принципе, позволяют им удерживать жидкость как от промерзания, так и от полного испарения в космос. Это не значит, что каждой планете гарантирована жидкая фаза вещества, и главное для нашей оценки – другое. Хотя любое вещество при определенных условиях становится жидким, далеко не каждое из них является растворителем, который способен обеспечить наполнение базирующейся в нем бертоллидной формы организации вещества разнообразием соединений химических элементов, отвечающим структуре основной полноты химизма, кото-

рая была рассмотрена выше. Крайний пример непригодности растворителя – жидкий (расплавленный) металл, исключающий, например, образование сольватов или мицелл органических соединений и жидкофазные реакции с их участием. Исследования по химии растворов говорят, далее, что сильнокислотные, сильноосновные и инертные растворители (например, HCl, NH3 и CH4, соответственно), каких – большинство, отличаются скудостью разнообразия реакций и превращений растворенных соединений10 и не могут обеспечить внушительную жидкофазную долю основной полноты химической материи. Таким образом, отпадают планеты с аммиачными, метановыми и т.п. океанами, хотя их существование априори не исключено. Единственным неэкзотическим растворителем, способным активировать практически все попадающие в него соединения, обеспечивая огромное разнообразие реакций и их продуктов, является вода. Это позволяет ограничить круг претендентов на основную полноту возможного содержания химической материи планетами земного типа и полагать, что другие планеты имеют лишь большую или меньшую долю этой полноты.

Планета земного типа является естественным телом, и первую, предшествующую биохимической форме, форму основной полноты химического содержания можно назвать геохимической формой. Наш краткий обзор говорит о том, что она – единственная форма, в которой химическая материя может первоначально достичь своей основной полноты.

Вместе с тем именно она является условием возникновения биохимического «повтора» этой полноты и, следовательно, живой материи. Можно, следовательно, сказать, что химическая эволюция из-

начально направлена на живое не только основной полнотой возможного содержания своего первого результата, но и его формой, а в ней – всем (!) содержанием этого результата – и его не прохо-

дившим отбора основным содержанием, и содержанием «оболочки» этого содержания, которая создана путем отбора единичных возмож-

86

ностей. Химическая материя может первоначально развернуть основную полноту своего возможного содержания только в форме необхо-

димых живому внешних условий.

Наше обсуждение велось «от возможного», и его результат допускает сомнение в духе одной мудрости: «Может-то она может. Да кто ж ей даст?» Оно оправдано лишь отчасти: возможное как таковое, само по себе не способно переходить в действительность, лишено собственной активности и самодвижения. Однако оно «встроено» в природу уже существующих и взаимодействующих объектов, отношения которых как-то выражают его содержание. Так оно входит в необходимость развития, понимание которой требует, конечно, анализа самих отношений и их участников. Он будет предпринят в следующей главе,

но нужно отметить, что в единстве возможного и действительного заключено внутреннее субстанциальное начало химической материи и она «может сделать это сама», а не просто в силу случайного стечения внешних обстоятельств.

________________________________

1.Жданов Ю.А. Материалистическая диалектика и проблемы химической эволюции // Материалистическая диалектика как общая теория развития: Проблемы развития в современных науках. М.,1983. С.84; Ленинджер А. Биохимия. М.,1976. С. 74.

2.См. очень интересную работу: Хазен А.М. Разум природы и разум человека. М., 2000.

3.См.: Любищев А.А. Проблемы формы, систематики и эволюции организмов. М., 1982.

4.Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М., 1991. С.151-156.

5.Кузнецов В.И. Диалектика развития химии. М., 1973. С.260-265.

6.Там же. Гл. 3.

7.Там же. С.188-189.

8.См. с.53.

9.Василенко Ж.Г., Сурдин В.Г. Ключ к межзвездной химии найден // Природа. 1997, №7.

10.См.: Фиалков Ю.Я. И все же – вода… // Природа. 1992. №3.

87