<<
>>

§ 2. Основные ступени и закономерности развития химической формы материи

Все направления развития химического ведут от простого к сложному, от низшего к высшему, но последовательность основных ступеней явно выражена только на магистральной линии, где развитие представлено в наиболее богатом виде.

На магистрали химической эволюции выделяют три ступе­ни: от атома до молекулы, от молекулы до полимера, от по­лимера до организма258. На первой ступени происходит фор­мирование молекул (аминокислот, нуклеотидов и т. д.), ко­торые впоследствии используются при построении живого.

Вторая ступень — полимеризация молекул, имеющая упо­рядоченный характер. Мономеры объединяются не хаотично, а избирательно, по принципу химического сродства, о чем свидетельствует повторяемость последовательностей мономе­ров в полимере. В конце этапа появляются упорядоченные полимеры — предшественники белков, нуклеиновых кислот и т. д.259

На третьей ступени химической эволюции в процессе син­теза молекул-предшественников образуются структуры (протоклетки), во многом напоминающие современные клетки.

В опытах по биогенезу обнаружено, что эти структуры имеют свойства, которые, по существу, представляют собой зароды­ши, аналоги важнейших свойств живого: самовоспроизведе­ния, размножения, роста и т. д. В результате развития та­ких структур появляются первичные живые существа.

С позиций диалектического материализма последователь­ность ступеней всякого развития вообще имеет закономер­ный и необходимый характер, выражающийся в том, что каждая последующая ступень детерминирована содержани­ем предшествующей ступени. При этом детерминация одной ступени другой не означает, что все многообразие процессов,

258 См • Бернал Дж. Возникновение жизни, с. 59—61.

259 По мнению Л.Б. Меклера, синтез упорядоченных полимеров про­исходил в два этапа синтез элементарных блоков — олигопептидов и олигонуклеотидов, коллиенарных друг другу, и синтез полипептидов и полинуклеотидов, идентичных белкам и нуклеиновым кислотам, ибо совре­менные белки построены из таких блоков — олигопептидов, содержащих 6—7 аминокислотных остатков; см.: Меклер Л.Б.

О происхождении жи­вых клеток: эволюция биологически значимых молекул — переход химиче­ской эволюции в биологическую. Новый подход к проблеме. — Журн. Все-союз. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева, 1980, т. 25, № 4, с. 471.

97

происходящих на данной ступени, с необходимостью выте­кает из предшествующей ступени. Основные ступени разви­тия необходимо связаны как качества и сущности. Из сущно­сти первой ступени с необходимостью «вырастает» сущность второй и т. д.260. Это положение находит свое подтверждение в однозначной связи основных ступеней химической эволю­ции. Как показывают эксперименты, мономеры обязательно полимеризуются в определенные полимеры, полимеры — в надмолекулярные комплексы, напоминающие по структуре и свойствам современные клетки. Природа полимеров не явля­ется случайной по отношению к природе мономеров, природа надмолекулярных комплексов—к природе полимеров. Одна­ко частные свойства каждого отдельного полимера или над­молекулярного комплекса не следуют с необходимостью из сущности предшествующего этапа. Как отмечает Дж. Бернал, особенностям, характеризующим различные полимеры, не присуща та же внутренняя необходимость, которая свой­ственна их основной конструкции261.

Основные ступени развития химического не случайны по отношению к сущности химической формы материи, в то время как реализация частных возможностей зависит от кон­кретных условий развития. Иначе, из сущности самого хими­ческого с необходимостью следует возникновение мономеров, полимеров и их комплексов, но не следует каждое отдельное изменение. Поэтому следует различать вопрос о закономер­ной последовательности основных ступеней развития химиче­ской материи, взятых в их основном содержании, и вопрос о проявлении этой необходимости в множестве частных собы­тий. Смешение двух различных вопросов ведет к неправо­мерному отрицанию необходимого характера основных сту­пеней эволюции. Так, по мнению Ф. Крика, «эволюция есть процесс, течение которого по необходимости непредсказуе­мо»262.

Такой вывод является следствием чисто вероятност­ного подхода к эволюционном} процесс}. Поскольку вероят­ность каждого шага эволюции весьма мала, ее ход оказыва­ется непредсказуемым. Необходимая связь основных этапов, образующих единый мировой процесс, таким образом, раст­воряется во множестве случайностей («шагов» эволюции).

Детерминация основных ступеней развития химической формы материи не сводится лишь к непосредственной, попар­ной связи друг с другом, а имеет сквозной характер. Иначе говоря, существует общая закономерность развития химиче-

260 См.: Орлов В.В. Развитие материи как закономерный процесс, с. 41.

261 См.: Бернал Дж. Возникновение жизни, с 61.

262 Crick F. Life Itself. Its Origin and Nature, p. 114-

98

ского, в которой выражается его единство, общая направ­ленность от низшего к высшему. В самой природе элементов жизни, в их неуничтожимой тенденции к синтезу со всеми сродственными веществами заложена необходимость основ­ных этапов развития. Согласно Дж. Берналу, «создание ма­териальной основы жизни делится на ряд определенных ста­дий в силу присущих атомам свойств, благодаря которым атомы самопроизвольно образуют на поверхности земли и ее гидросфере молекулы, полимеры и упорядоченные полиме­ры» 263.

С позиций концепции биохимического предопределения Д. Кеньона и Г. Стейнмана объединение составных компо­нентов и в конечном счете образование живых клеток пред­определяется физико-химическими свойствами, присущими исходным соединениям. Иными словами, свойства живой клетки можно проследить до свойств исходных соединений, из которых эта клетка образовалась. Поэтому химическую эволюцию и возникновение жизни следует рассматривать не как некое маловероятное событие, а как процесс, протекаю­щий определенным путем, обусловленным свойствами тех простых соединений, с которых этот процесс начинался. Ко­нечные свойства систем выступают в качестве функций, свойств, присущих исходным реагентам, но с учетом измене­ний этих свойств под влиянием окружающей среды264.

Предопределение, следовательно, не является полным, однозначно порождающим каждую последующую реакцию, а обусловли­вает существенное, главное в химическом процессе и его ко­нечном результате.

Хотя проблема детерминации развития химической фор­мы материи получила освещение во многих естественнонауч­ных и философских исследованиях, она нуждается в серьез­ном изучении. Дальнейшая разработка этой проблемы долж­на идти, как нам представляется, прежде всего в направле­нии исследования особенностей проявления в химической форме материи одной из основных закономерностей разви­тия-аккумуляции содержания, выражающей сущностную сторону развития.

Вопрос об аккумулятивном характере развития химиче­ского является почти неисследованным. В той или иной мере он затрагивается лишь в работах Ю.А. Жданова и В.И. Кузнецова. Между тем фактический материал современной химии со всей определенностью указывает на аккумулятив­ный характер развития химической материи, на закономер-

263 Бернал Дж. Возникновение жизни, с. 242.

264 См.: Кеньон Д., Стейнман Г. Биохимическое предопределение, с. 309.

99

ное сохранение основных результатов предшествующего развития и включения их в последующие ступени.

Как уже отмечалось, аккумулятивный характер развития впервые в философии был описан Гегелем. Эту идею Гегеля классики марксизма восприняли как одну из рациональных сторон его философии. С диалектико-материалистической точки зрения развитие есть не простая смена состояний, а процесс накопления и обогащения содержания, аккумуля­тивный процесс.

Аккумулятивность развития химической формы материи проявляется прежде всего в образовании все более тяжелых элементов посредством увеличения числа входящих в атомы элементарных частиц и хорошо прослеживается в периоди­ческой системе элементов Д. И. Менделеева. Более выражен­ный характер аккумуляция содержания приобретает на ма­гистральной линии развития химического в процессах поли­меризации и поликонденсации.

«Хитрость природы, — пишет Ю. А. Жданов, — состоит в том, что она использует простой процесс накопления в молекуле одинаковых групп и в соот­ветствии с законом перехода количественных изменений в качественные получает при этом вещества с самыми разно­образными, подчас полярно противоположными свойства­ми» 265.

Уже в линейном полимере, построенном из идентичных структурных единиц, многократно повторяется и, следова­тельно, накапливается химическое содержание отдельных мономеров Несмотря на некоторою аддитивность своих свойств (полимер не теряет способности вступать в те же химические реакции, что и мономер за счет своих свободных концевых групп), полимер получает целостное химическое содержание, общий эволюционный потенциал благодаря хи­мическим связям между мономерами При этом в коротком полимере последний либо равен сумме эволюционных потен­циалов мономеров, либо «погашает» эволюционный потенци­ал мономера, что зависит от потенциала мономера. Так, на­пример, этилен (СН2 = СН2) имеет двойную связь, которая намного прочнее простой связи, хотя и не равна двум про­стым. В этом случае основным типом химических превраще­ний являются реакции присоединения по месту двойной свя­зи В полиэтилене двойная связь отсутствует, а способность мономера к образованию других связей исчерпана Это и оп­ределяет малую химическую активность (инертность) поли­этилена, его очень низкий эволюционный потенциал А формальдегид (Н — С ^.q )> имеющий также двойною связь, но

265 Жданов Ю. А. Развитие материи и органическая химия, с 143

100

углерод-кислородную (полярную), полимеризуется с образо­ванием линейных карбоцепных соединений, близких по реак­ционной способности и лабильности моносахаридам, кото­рые служат строительными блоками полисахаридов — хими­ческих компонентов живого.

В длинных полимерах общее содержание и общий эволю­ционный потенциал становятся значительно сложнее и выше того содержания и потенциала, которые могли бы получить­ся при простом суммировании, о чем свидетельствует, напри­мер, существование трех резко различных по химической природе высокополимерных соединений (крахмала, гликоге­на и целлюлозы), состоящих из одного мономера — остатка Д-глюкозы

Еще больший рост содержания и эволюционного потен­циала происходит в высокополимерах, построенных из разно­родных мономеров.

Белки, состоящие из 20 различных по хи­мической природе аминокислот (различия связаны со специ­фической для каждой аминокислоты боковой группой), об­ладают всеми основными химическими свойствами: кислот­ностью и основностью, лабильностью и стабильностью, гидрофильностью и гидрофобностыо, линейностью и спиральностью и т д. В силу этого они аккумулируют в себе все мно­гообразие основных функций. Белки выступают как катали­заторы химических процессов и как структурные элементы: входят в состав сократительных систем; служат запасными питательными веществами и средством транспортировки раз­личных веществ; играют роль гормонов и защитных агрега­тов. Совместимость основных химических свойств и функ­ций— это отличительный признак белков. По многообразию свойств и функций с белками не может сравниться ни один полимер

В особой форме аккумуляция содержания проявляется у нуклеиновых кислот в связи с их специфической ролью глав­ного носителя генетической информации Нуклеиновые ки­слоты более просты по структуре и однообразны по функци­ям. ДНК представляет собой линейный полимер, образован­ный монотонно повторяющимися остатками сахара и фосфа­та, к которым присоединяются всего лишь четыре основания, связанные строго специфично (А — Т, Г — Ц). Все фантасти­ческое разнообразие белков (1010-12) создается посредством изменения последовательности аминокислот, образования дисульфидных связей и спиралей, свертывания пептидных цепей и объединения двух или нескольких субъединиц в од­ну молекулу и т. д. В то же время не меньшее разнообразие нуклеиновых кислот (1010) достигается только за счет изме­нения последовательности четырех оснований Природа осно-

101

ваний, ориентация и оптическая форма дезоксирибозы или рибозы, природа связи между нуклеотидами почти не варьи­рует. Благодаря монотонности и жесткости структуры нук­леиновые кислоты оказываются в высшей степени приспособ­ленными для выполнения функций хранения и передачи ин­формации. Следовательно, по сложности своих специфиче­ских свойств и функций ДНК уступает белку, чьи реакцион­ные возможности значительно превышают реакционные воз­можности нуклеиновых кислот. Однако любой по сложности белок синтезируется под контролем ДНК в соответствии с информацией, которую несет в себе данный цистрон (уча­сток ДНК). Благодаря взаимосвязи с белками нуклеиновые кислоты, как носители генетической информации, получают дополнительную сложность особого рода.

Сами по себе нуклеиновые кислоты просты, ко при взаи­модействии с ферментами они приобретают определенную значимость, становятся носителями информации о структуре и свойствах белков. Поскольку значения гораздо богаче по содержанию, чем кодирующие их знаки, сложность нуклеи­новых кислот (их информационного содержания) становится эквивалентной сложности белков. Более того, эта сложность имеет значительную избыточность, так как ДНК способна кодировать специфику не 20, а 64-х аминокислот (из четырех типов нуклеотидов в сочетании по три можно построить 64 триплета).

Таким образом, в процессе полимеризации и поликонден­сации можно выделить две формы аккумуляции содержания, свойственные белкам и нуклеиновым кислотам. В белках за счет многократного присоединения различных функциональ­ных групп непосредственно накапливается огромное много­образие противоположных свойств и функций, а в нуклеино­вых кислотах на основе монотонности структуры происходит своего рода обобщение, ведущее к появлению информацион­ного содержания, содержания в сжатой, закодированной форме. Это есть обобщенная, информационная форма акку­муляции содержания.

Накопление содержания необходимо влечет за собой его универсализацию, обобщение. В процессе прямого субстрат­ного синтеза содержание не просто накапливается, но приоб­ретает все более общий характер, обогащается общими при­знаками (чертами), что приводит к расширению возможно­стей дальнейшего развития. Тенденция к универсальному развитию химического субстрата заложена в элементах жиз­ни, способных к созданию молекул с самыми разнообразны­ми функциональными группами, конфигурациями, размера­ми и широко распространенных во Вселенной. Как отмечает

102

Дж. Бернал, лишь эти элементы (а также сера и фосфор) обладают необходимой химической универсальностью и доста­точно обильны во Вселенной266. Зрелость и полнота этой тенденции зависят от ступени химической эволюции.

На первой ступени развития химическое достигает отно­сительно высокой универсальности благодаря образованию примерно 30 чрезвычайно распространенных мономеров (их синтез не связан со строго определенным местом и време­нем) и потенциально способных к выполнению самых разно­образных функций (например, нуклеотиды в живом являют­ся участниками различных метаболических процессов и про­цессов переноса энергии, элементами генетического аппарата и др.)- По-видимому, их следует рассматривать как универ­сальных «предков» всех других биомолекул (свыше 150 ами­нокислот, встречаемых в живых организмах, ведут свое про­исхождение от 20 аминокислот, свыше 70 простых Сахаров — от глюкозы и т. д.) или как «первую азбуку живого»267.

На второй ступени тенденция универсализации химиче­ского заключается прежде всего в таком синтезе свойств мономеров, на основе которого развивается богатство хими­ческих превращений. Обобщая в себе основные свойства аминокислот, белок оказывается в субстратном и функцио­нальном сродстве со всем химическим миром, становится способным ко всевозможным химическим реакциям и в этом смысле универсальным При этом в химических превращени­ях молекула белка не просто проявляет имеющуюся у нее устойчивость, но повышает ее и поэтому не разрушается, а, изменяясь (модифицируясь), сохраняет себя, в то время как простые молекулы теряют свою индивидуальность, превра­щаясь в новые вещества. «Изменение с сохранением индиви-дуальности» (Ю. А. Жданов) становится возможным благо­даря относительной самостоятельности частей (реакционных групп), обусловливающей самостоятельность целого. Усиле­ние относительной самостоятельности целого и его частей выступает существенной стороной универсализации химиче­ского на этом этапе. В нуклеиновых кислотах свойства нхклеотидов (линейность, комплементарность, лабильность и т. д.) обобщаются таким образом, что появляется универ­сальный генетический код, в котором последовательность кодирующих триплетов линейно соответствует аминокислотной последовательности.

На высшей ступени развития универсализация химическо­го выражается в появлении такого субстрата (надмолекуляр­ного комплекса), который, обобщая все основное содержание

266 См Бернал Дж. Возникновение жизни, с 77

267 См Ленинджер А Биохимия, с 26—27,

103

химического мира, становится максимально универсальным (т. е. имеет содержание общее всем объектам химического мира), может вступать в максимальное многообразие свя­зей, способен изменяться в соответствии с любыми измене­ниями среды. Такая сложность и универсальность химиче­ского комплекса оказывается препятствием к самостоятель­ному устойчивому существованию. Самосохранение его ока­зывается возможным лишь в условиях более высокой, био­логической организации.

Однако универсальность химического можно рассматри­вать только как универсальность множества частей, чрезвы­чайно изменчивых, высоко реактивных и чувствительных к изменениям среды. Хотя макромолекулы, надмолекулярные комплексы обладают целостностью, их реакционная способ­ность имеет множественный характер, так как ока связана с множеством активных групп, не обобщена, не сведена к об­щей реакционной способности химического образования как целого. Как известно, характерной особенностью химии высо­комолекулярных соединений является то, что простейшей «ча­стицей», участвующей в химической реакции, служит элемен­тарное звено. По числу прореагировавших элементарных звеньев судят о степени превращения высокомолекулярных соединений. В отличие от химического живое обладает об­щей реактивностью (общей реакцией организма на воздейст­вие внешней среды), являющейся обобщением множества ре­акционных способностей химического комплекса.

Дальнейшее углубление проблемы детерминации разви­тия связано с исследованием законов развития химической формы материи, так как они являются наиболее существен­ными детерминантами развития.

<< | >>
Источник: Васильева Т.С.. Химическая форма материи и закономерный мировой про­цесс. 1984

Еще по теме § 2. Основные ступени и закономерности развития химической формы материи:

  1. Глава 5. РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМЫ МАТЕРИИ КАК ЗАКОНОМЕРНЫЙ ПРОЦЕСС
  2. § 1. Направленность развития химической формы материи
  3. Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМЫ МАТЕРИИ И РАЗВИТИЯ
  4. Васильева Т. С.. Химическая форма материи и закономерный мировой про­цесс.1984, 1984
  5. § 1. Специфика химической формы материи
  6. § 2. Проблема химической формы материи и движения в современной науке. Обзор концепций
  7. 3-2. Дуализм сознания и материи — закономерный этап развития
  8. 2.3. Экономические системы: основные ступени развития
  9. Глава вторая МАТЕРИЯ И ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ EE СУЩЕСТВОВАНИЯ
  10. 8.3 Основные закономерности развития государства.Государственный прогресс
  11. § 57. Основные закономерности развития экономической системы в конце XX — начале XXI в.
  12. Материя, таким образом, - возможность; форма - дей­ствительность. Вещь же - единство формы и материи: воз­можность, ставшая действительностью.
  13. 7.5, ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ И РАССЕЯННОЙ МАТЕРИИ. ОПТИМОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В СИСТЕМНО-ФИЛОСОФСКОЙ НКМ
  14. § 2. Специфика химического способа развития
  15. § 1. Вклад химического способа развития в биологический
  16. 4-5. Социализм, как ступень нашего развития
  17. Основные виды, формы и методы реализации электронного банкинга, их происхождение и пути развития до настоящего времени
  18. 5. Рабовладельческая общественно-политическая формация достигла высшей ступени развития в Римском государстве.
  19. § 6. Закономерности развития государства
  20. Глава 6. ДИАЛЕКТИКА ХИМИЧЕСКОГО, БИОЛОГИЧЕСКОГО И СОЦИАЛЬНОГО СПОСОБОВ РАЗВИТИЯ