Самоорганизация в химията
Въпросът за произхода на органичния живот все още остава един от най-интересните и сложни въпроси на съвременната естествена наука. Да се отговори на този въпрос означава да се обясни как природата е създала най-сложните макромолекули от минимум химически елементи и съединения, а след това и високо организиран комплекс от биосистеми?
Понастоящем отговорът на този въпрос се търси в специална химическа наука - еволюционна химия. Понякога се нарича още пребиология - науката за самоорганизацията на химическите системи.
Самоорганизацията се разбира като спонтанно увеличаване на подреждането на нивата на сложност на материалната динамика, т.е. качествено променящи се системи.
Субстратен и функционален подходи към проблема за самоорганизацията на пребиологичните системи. В рамките на еволюционната химия има два подхода към проблема за самоорганизацията: субстратен и функционален. Функционалният подход се фокусира върху изучаването на процесите на самоорганизация на самите материални системи, върху идентифицирането на законите, които управляват тези процеси. Тук еволюционните процеси често се разглеждат от гледна точка на кибернетиката. Крайната гледна точка при този подход е твърдението за пълното безразличие към материала на развиващите се системи.
Субстратен подход се състои в изследване на материалната основа на биологичните системи, т.е. елементи-органи и определена структура от химични съединения, постъпващи в живия организъм. Резултатът от субстратния подход към проблема с биогенезата (т.е. произхода на живота) е да се получи информация за избора на химични елементи и структури.
Всъщност има известен подбор на химични елементи за създаването на еволюиращи системи. В момента са известни повече от 100 химични елемента, но основата на живите системи са само 6 елемента, наречени органогени: C, H, O, N, P, S, чиято обща фракция на тегло е 97,4%. Те са последвани от още 12 елемента, които участват в изграждането на много физиологично важни компоненти на биосистемите: Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co. Тяхното тегловно съотношение в организмите "1,6%.
За избора свидетелства и общата химическа картина на света. В момента са известни около 8 милиона химични съединения. По-голямата част от тях (около 96%) са органични съединения, чийто основен строителен материал са все същите 6 + 12 елемента. Интересното е, че от останалите химични елементи Природата е създала само около 300 хиляди неорганични съединения.
Принципът на подбор все още е валиден. Така че от милиони органични съединения само няколкостотин участват в изграждането на живи същества.
Освен това: от 100 известни аминокиселини само 20 са включени в протеините.
Важно е да се отбележи, че от толкова тесен кръг органични вещества, избрани от природата, се формира целият трудно видим свят на живот.
Какви са принципите на избора на химични съединения - един вид „химически препарат“ за формиране на сложни биологични системи?
Оказа се, че решаващата роля тук принадлежи на катализаторите, т.е. вещества, които активират молекулите на реагентите и увеличават скоростта на химичните реакции. Катализаторите обаче не остават непроменени в хода на химичните реакции: тяхната активност или намалява, или се увеличава.
Обща теория на химическата еволюция и биогенеза
През 60-те години на 20-ти век е експериментално установено, че в хода на химическата еволюция са избрани тези химични структури, които допринасят за рязко повишаване на активността и селективността на катализаторите. Това позволи на професора от Московския държавен университет А.П. Руденко през 1964 г., теорията за саморазвитието на отворени каталитични системи, която с право може да се счита за обща теория на химио- и биогенезата. Същността на тази теория е, че химическата еволюция е саморазвитието на каталитичните системи и следователно катализаторите са развиващото се вещество.
А.П. Руденко формулира и основния закон за химическата еволюция: с най-голяма скорост и вероятност се формират онези пътища на еволюционни промени в катализатора, по които настъпва максималното нарастване на неговата абсолютна активност.