Ю. Колесник - Современное состояние биосферы и экологическая политика

Ответ вытекает из следующего примера.

Известно, что если попытаться зажечь кусочек сахара, то он начинает с трудом гореть лишь при энергичном нагревании в пламени горелки, но если нанести на его поверхность немного порошка окиси меди, то сахар можно зажечь от пламени спички. Оказывается, что, находясь в ионном состоянии (соединения меди, железа, марганца и др.), металлы выполняют роль катализаторов, или ферментов окислительно-восстановительных реакций. Нет такого органического соединения, не содержащего металла, которое обладало бы столь сильно выраженными каталитическими свойствами в реакциях окисления.

Этот объективно существующий фактор сыграл для «решения природой задачи» – перехода неживого вещества в живое – решающую роль. Следует напомнить, что в клетках организмов содержится около 70–75 % и более воды. Ион металла, находясь в водном растворе, не безразличен к своему окружению. Он вступает во взаимодействия с молекулами воды и образует соединения, в которых на один ион приходится от 4 до 8 и более молекул воды. Химия утверждает, что молекулы многих соединений, например, аммиака, а также воды образуют с ионами металлов разнообразные соединения. Оказывается, что комплексообразование представляет собой одно из самых распространенных явлений в природе. Характерно, что некоторые ионы – Al 3+, Zn 2+, Mg 2+, Na+, OH -и др. приводят к упорядочению структуры воды вблизи иона, а K+, I -, NO 3-, Cl -– к ее разрыхлению. Растворение органических веществ может влиять на структуру воды в еще большей степени. Например, углеводороды настолько способствуют упорядочению структуры воды, что она при нормальной «комнатной» температуре в местах контакта с большой органической молекулой превращается в маленькие «айсберги», которые получили свое название по имени их открывателя – «айсберги Франка – Эванса» (Лебедев и др., 1974, с. 102–103). Следует отметить, что из-за структурных сдвигов в воде, обусловленных неорганическими и органическими веществами, меняются ее физико-химические свойства – растворимость, вязкость и т. д.

Если соединение состоит из центрального иона металла, в непосредственной близости от которого размещены молекулы аммиака или этилендиамина, то образуемые комплексы называют лигандами. Для последующего разделения живого вещества на царства животных и растений особое значение имеют комплексные соединения железа и магния, в которых четыре координационных места занимает одна частица – порфин. Следует отметить, что число лигандов, располагающихся в непосредственной близости от центрального иона, называют координационным числом иона.

Можно считать однозначно, что если бы «природой» не были «изобретены» комплексные соединения, а особенно то, в котором магний играет центральную роль (хлорофилл), на Земле невозможен был бы процесс создания из неорганических веществ органических. Образующиеся при фотосинтезе глюкоза и крахмал фактически являются резервуарами аккумулированной энергии, которую кванты света передали хлорофиллу на первых стадиях этого процесса. Ниже мы остановимся на изложении свойств хлорофилла и других комплексных соединений подробней.

Итак, за период господства восстановительной атмосферы на нашей планете произошли следующие события.

1. Синтез биологически важных органических соединений, таких как аминокислоты, порфирины, жирные кислоты, пурины и другие вещества. Эти процессы происходили в грандиозных по времени и пространству масштабах.

2. В соответствии с физико-химическими условиями того времени (высокие температуры, интенсивная вулканическая деятельность и т. д.) осуществлялась полимеризация аминокислот в некоторые предпочитаемые последовательности, похожие на белки и обладающие каталитической активностью.

3. Формирования первичного «органического» бульона, образование белковых молекул из L -аминокислот.

4. Возникновение металлоорганических комплексов, железо– и магний-порфиринов, которые стали играть роль мощных катализаторов в реакциях окисления с выделением энергии.

И все же до перехода неживой материи в «живую» необходимо было сделать еще один важный шаг – обеспечить образующиеся органические сгустки вещества собственным метаболизмом. Точнее, сформировать механизмы у отделенного от окружающей среды органического комочка, длительное время поддерживать энтропию на минимальном уровне, несмотря на ее стремление к росту. В современной интерпретации – живое вещество должно было обладать свойствами открытых систем. Следует отметить, что попытки объяснить отличие живого от неживого с позиций термодинамики были предприняты давно. Так, например, Э. С. Бауэр (1935), полагал, что жизнь есть следствие устойчивого неравновесного состояния особых молекул. Все (и только) живые системы никогда не бывают в равновесии и постоянно исполняют за счет своей свободной энергии работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условий. Как следует из этого утверждения, оно характеризуется большой неопределенностью. Поэтому прав С. Э. Шноль (1991, с. 78–84), считая, что «сама по себе термодинамическая неравновесность – отнюдь не специфическое свойство живых организмов». Сущность жизни не определяется особым физическим состоянием всех этих молекул. Здесь имеются в виду белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и т. д. Действительно, перечисление характерных для машины деталей и их свойств – двигателя, карбюратора и т. д. – не позволяет нам утверждать, что это есть автомобиль. Следовательно, свершившийся в период становления биосферы переход абиогенных элементов (углерод, азот, водород и кислород – плюс включение в этот набор различных (биогенных) металлов и т. д.) позволил так их организовать, что, разрушая, например, белок, мы убеждаемся в том, что гибнет и сама жизнь. Возможно, данное свойство привело Ф. Энгельса к мысли о том, что жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ – самообновление химических составных частей этих тел.