Bilang isang aktwal na larangan ng kaalaman na pinagsasama ang inorganic at organikong kalikasan sa paksa nito, ang kimika ay sa buong kahulugan ng salita ay isang integral, nauugnay na agham, na idinisenyo upang ibunyag ang mga lihim ng pinagmulan ng buhay, ang layunin na istraktura ng mga kaugnay na sistema ng pagbuo. natural na katotohanan. Ang nagbibigay-malay at panlipunang pag-andar ng kimika ay nangangailangan ng pinakamaingat at komprehensibong pagsusuri ng mga pilosopikal na pundasyon ng agham, kasama, una sa lahat, ang mga problema ng ebolusyon ng kemikal, ang pagiging tiyak at kaugnayan nito sa pisikal at biyolohikal, at bahagyang sa mga prosesong panlipunan.
Ang pangunahing teoretikal na disiplina na nag-aaral sa kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay ang kimika, na ngayon ay naiba sa maraming mga disiplina na hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa isa't isa. Ang pagkakaroon ng naipon na malawak na materyal na empirikal, ang kimika ay isa sa pinakamahalagang mapagkukunan para sa pag-unlad ng materyalistang diyalektika. Sa turn, siya ay malikhaing gumagamit ng dialectics, na idinidikta ng pangangailangan na lumikha ng isang teorya na nagsa-generalize at nagsasama-sama ng iba't ibang mga disiplina ng kemikal sa isang solong kabuuan.
Ang kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay resulta ng mahabang ebolusyon. Ito ay lubhang magkakaiba sa batayan nito at sumasaklaw sa lugar mula sa pinakasimpleng mga compound ng kemikal hanggang sa mga istrukturang tulad ng protina na lumalabas sa abiotic. Dalawang pangunahing yugto sa paglitaw ng kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay maaaring makilala. Ang unang paglitaw ng mga elemento ng kemikal sa mga proseso ng astrophysical at nuclear. Dahil ang mga bono ng kemikal ay hindi nabuo sa kasong ito, ang pagbuo ng mga elemento ng kemikal ay hindi direktang pag-unlad ng mga sistema ng kemikal mismo. "Ang ebolusyon sa loob ng Periodic Table ay hindi kemikal sa kalikasan." Ang ikalawang yugto - ang pagbuo ng aktwal na kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay - ay pinaka ganap na binuo lamang sa mga kondisyon ng planeta, sa mga prosesong geochemical. Sa pagkakaroon ng mga kanais-nais na kondisyon, ang mga sistema ng kemikal ay may kakayahang makabuo ng ilang mga anyo ng buhay. Ang mismong paglitaw ng buhay ay isa sa mga highway ng ebolusyon. “Ang buhay,” ang idiniin ni F. Engels, “ay dapat na bumangon sa kemikal.” Ang ebolusyon ng kemikal, na humantong sa paglitaw ng mga primitive na anyo ng buhay, ay direktang lumilitaw bilang prebiological evolution. Ang lahat ng kayamanan ng iba't ibang mga bagay ng kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay hindi kaagad lumitaw, ngunit lamang sa kurso ng isang mahabang ebolusyon. Ang kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay ebolusyonaryo sa batayan nito. Ang hindi pagkakaunawaan ng ebolusyonaryong kalikasan na ito ay humahantong sa lahat ng uri ng vitalistic at teolohikong mga konsepto sa kimika.
Ang ebolusyon ng kemikal ay ang tanging paraan na humahantong sa paglitaw ng buhay. Ang mga idealista ay maaaring tanggihan ang landas na ito o ipaliwanag ito bilang resulta ng pagkilos ng espirituwal na prinsipyo.
Sa katunayan, ang konsepto ni Jacques Monod ay hindi maaaring hindi humahantong sa parehong mga konklusyon, na sumusubok na pabulaanan ang dialectical materialism, na nauna nang inuri ito, tulad ng positivism ni H. Spencer at ang mga turo ni Teilhard de Chardin, sa kategorya ng mga konsepto kung saan layunin phenomena ay nagmula sa mga batas ng pag-unlad ng subjective. Kaya, iniuugnay niya sa dialectical materialism ang ideya ni Teilhard ng isang tiyak na kadahilanan na lumilikha ng direksyon ng "cosmic evolution" patungo sa tao. Si J. Monod mismo ay may negatibong saloobin sa teorya ng ebolusyon, na pinatunayan ng kanyang tesis tungkol sa likas na katangian ng DNA, na ganap na nakahiwalay sa impluwensya ng labas ng mundo, at kung saan ay ganap na walang kakayahang "makatanggap ng anumang impormasyon mula sa labas. mundo." Ang thesis na ito ay kinakailangang nangangailangan (na may pare-parehong pagbawas) ng pagkilala sa isang gawa ng paglikha. Si J. Monod ay kumbinsido na ang mga proseso ng buhay ay ganap na nabawasan sa mga batas ng antas ng molekular.
Ang kanyang ganap na reductionism, sa katunayan, denies qualitatively bagong mga tampok na lumitaw bilang isang resulta ng self-development ng mga sistema, ang kanilang integration.
Ang konsepto ng "pagbawas" ng lahat ng mga tampok ng pag-unlad at paggana ng mga nabubuhay na bagay sa mga batas ng pisika at kimika ay malinaw na mekanikal. Ngunit ang pare-parehong mekanismo ay hindi maiiwasang humahantong sa kabaligtaran nito, ang sigla. Halimbawa, ipinostula ni Elsasser ang pagkakaroon ng mga espesyal na batas ng biotonic sa walang buhay na kalikasan, na tinitiyak ang paglitaw ng mga nabubuhay na bagay. Binitawan niya ang vitalism, ngunit ang mga mahiwagang batas na ito, sa katunayan, ay walang pinagkaiba sa vital force ng mga vitalist. Ang mga pananaw ni Elsasser ay sinuri ng sikat na physicist na si E. Wigner. Ang pagkakaroon ng konklusyon na "ayon sa quantum mechanical theory, ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga self-producing states ay katumbas ng zero", isinulat pa niya "tungkol sa nangingibabaw na papel ng naturang kababalaghan bilang kamalayan" para sa mga self-organizing system . Ang konklusyong ito ay napaka katangian; pare-parehong mekanismo, anuman ang mga batas kung saan ang mga partikular na mekanika - klasikal, istatistika o quantum - nagpapatuloy, dahil hindi maunawaan ang makasaysayang pinagmulan ng mga batas mismo (halimbawa, mga biyolohikal), ay napipilitang umapela sa nangungunang papel ng kamalayan .
Batay sa mga klasikal na istatistika, sa batayan ng pagpapalagay ng isang beses na paglitaw ng isang molekula ng protina, ang neo-Thomist Vetter ay naghinuha na 10243 bilyong taon ang kailangan para mangyari ang naturang kaganapan. Mula rito ay gumawa siya ng konklusyon tungkol sa banal na pinagmulan ng mga buhay.
Ang mga klasikal na istatistika, tulad ng phenomenological thermodynamics, ay napapailalim pa rin sa di-makatwirang interpretasyon, lalo na ang pangalawang batas ng thermodynamics, na batayan kung saan sinusubukan nilang gumuhit ng tapat na mahahalagang konklusyon.
Ang ganitong mga konsepto ay dapat isailalim sa detalyadong pagpuna mula sa pananaw ng materyalistikong dialectics, na may paglahok ng natural na materyal sa agham. Sa kurso ng naturang pagpuna, isang tatlong-isang gawain ang dapat lutasin: una, upang patunayan ang kamalian ng mga ideyalistang interpretasyon; pangalawa, isang materyalistikong paliwanag ng mga proseso ng ebolusyon, at sa partikular na ebolusyon ng kemikal; pangatlo, ang pilosopikal na paglalahat ng likas-agham na materyal, ang pag-unlad ng pangkalahatang pilosopikal na mga prinsipyo. Para sa pagbuo ng mga prinsipyong ito, ang kahalagahan ng kimika, na naipon ang pinakamayamang empirical at teoretikal na materyal, ay lalong mahusay.
Ang ebolusyon ng kemikal ay ang resulta ng isang mahabang pag-unlad, na isinasagawa sa pamamagitan ng isang bilang ng mga intermediate na hakbang, pagkakaroon ng isang tiyak na direksyon at natural na humahantong sa isang qualitatively bagong estado ng bagay. Ang pagbuo ng mga sistema ng kemikal ay may mga tampok na karaniwan sa lahat ng pagbuo ng mga sistema. Tulad ng nalalaman, ang mga naturang tampok, na independiyente sa mga qualitative specifics ng mga system, ay pinag-aaralan ng pilosopiya. "Anumang pag-unlad," isinulat ni K. Marx, "anuman ang nilalaman nito, ay maaaring katawanin bilang isang serye ng iba't ibang yugto ng pag-unlad na konektado sa isa't isa...". Ang mga pangunahing tanong ng teorya ng pag-unlad, na may bisa rin para sa kemikal na anyo ng paggalaw, ay mga tanong tungkol sa paunang sanhi ng pag-unlad, direksyon nito, at kung ano ang naging sanhi ng umuusbong na qualitatively bagong estado.
Ang tanong ng pag-unlad, ng pagbuo ng isang bagong kalidad ay lubos na pangkalahatan, pilosopiko. Ang concretization nito ay ang tanong ng pinagmulan ng buhay bilang resulta ng isang mahabang prebiological evolution. Upang malutas ang isang problema sa pangkalahatang mga termino ay nangangahulugan ng pagbibigay ng tamang pamamaraan para sa paglutas ng mga partikular na problema.
Ang mga bagong sistemang may husay na nagmumula bilang resulta ng anumang proseso ay hindi pandagdag sa mga orihinal. Sa proseso ng ebolusyon ng kemikal, maraming mga husay na bagong sistema ang lumitaw. Bilang karagdagan sa pagsagot sa tanong tungkol sa mga sanhi at direksyon ng pag-unlad, ang pag-unawa sa kondisyon ng isang qualitatively bagong estado ay may malaking kahalagahan dito. Ang pag-unlad sa antas ng kemikal ay ginagawang posible, sa isang malaking lawak, upang ipakita ang ilang mga pangkalahatang pilosopikal na pattern na mahalaga para sa paglilinaw ng kondisyong ito. Ipinakita ni F. Engels ang ugnayan sa pagitan ng kimika at pilosopiya, na inilalantad, lalo na, sa materyal ng kimika, ang mekanismo ng pagpapatakbo ng batas ng paglipat ng dami ng mga pagbabago sa mga husay, at pagkatapos, umaasa sa batas na ito, ay nagbigay ng kahulugan ng kimika mismo. Sa batayan ng materyal ng modernong kimika, ang mga pagtatangka ay ginagawa na ngayon upang higit pang bumuo ng batas ng paglipat ng dami ng mga pagbabago sa mga qualitative.
Ang mga husay na bagong sistema na nagmumula bilang isang resulta ng pag-unlad ay may isang bilang ng mga tampok kumpara sa mga orihinal. Ang pangunahing isa ay ang pagpapalakas ng sandali ng dinamismo, pagiging kumplikado. Sa kasong ito, tulad ng nabanggit na, ang pagsasama ng mga katangian at mga aspeto ay hindi maiiwasang mangyari. Dagdag pa, mas maraming mga bahagi ang isasama sa kabuuan, mas maraming mga paraan na maaari silang magkaugnay dito, na nakakaimpluwensya sa isa't isa. Ang hindi maiiwasang kahihinatnan nito ay ang pagtaas ng pagpili at pagiging natatangi ng bawat indibidwal na sistema. Ang halos walang limitasyong bilang ng mga pinaka-magkakaibang at tiyak na mga protina, na sa lahat ng mga kaso ay kinabibilangan ng hindi hihigit sa 22 amino acid na may iba't ibang kalidad, ay nagpapatotoo dito. At, sa wakas, bilang isang resulta ng ebolusyon ng kemikal, ang isang bahagi ng sistema bilang ang kakayahang magpakita, pangunahin ang simula ng pagbuo ng mga sistema at ang kanilang mga pakikipag-ugnayan, ay sumasailalim sa isang pagbabago.
Ang modernong kimika ay isang teoretikal na disiplina na nasa pagitan ng pisikal at biyolohikal na mga teorya. Habang umuunlad, lumilipat ito mula sa mga ideyang husay at semi-quantitative patungo sa isang mas mahigpit na teoryang dami. Ang mga representasyon ng quantum ay malawakang ginagamit dito. Ang mga makabuluhang tagumpay na nakamit sa direksyon na ito, sa parehong oras, ay sinamahan ng iba't ibang mga pagkakamali, na kung saan ay isang binibigkas na ideolohikal, metodolohikal na kalikasan. Lalo na maraming direktang magkasalungat na interpretasyon ang sanhi ng konsepto ng pagbabawas ng kimika sa pisika. Ang konseptong ito ay kasalukuyang aktibong tinatalakay.
Sa pagitan ng pisikal, kemikal at biyolohikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay may structural-genetic na koneksyon, mayroong isang ebolusyonaryong paglipat mula sa mas mababang anyo ng paggalaw patungo sa mas mataas. Ang pagtanggi sa gayong paglipat, sa esensya, ay mangangahulugan ng pagtanggi sa ebolusyon ng mga anyo ng paggalaw ng bagay at ang materyal na pagkakaisa ng mundo. Ang pagkakaroon ng genesis ng ilang anyo mula sa iba ay ang batayan para sa assertion na ang mas mataas ay nagmula sa mas mababa. Sa pagitan ng pisikal, kemikal at biyolohikal na mga teorya, tila, dapat mayroong mga transisyon, dahil ang mga katulad na transisyon ay talagang umiiral sa kalikasan sa pagitan ng mga anyo ng paggalaw. Ang pagkakakilanlan ng mga transisyon at koneksyon sa pagitan ng mga teorya ay nag-aambag sa pagsasama ng kaalamang siyentipiko sa isang pambihirang paraan.
Ang pagkabigong maunawaan ang diyalektikong pagkakaisa ng mga anyo ng paggalaw ng bagay ay humahantong sa kanilang matalas na pagsalungat. Ang ganitong pag-uugali ay humahantong sa hindi napapatunayang konklusyon tungkol sa pagkilos ng mga espesyal na pisikal na batas sa isang buhay na nilalang. Halimbawa, si K. S. Trincher ay nagsasalita tungkol sa pagpapatakbo ng ikaapat na batas ng thermodynamics. Ang mga pisikal na batas ay pareho para sa nabubuhay at walang buhay na bagay, ngunit hindi ito sumusunod sa lahat na ang mga kemikal at biyolohikal na batas ay walang anumang mga detalye. Ang kanilang pagtitiyak ay nasa ibang lugar.
Ang modernong pilosopikal na pundasyon ng kimika ay mahalagang tinutukoy ng pagsusuri ng proseso ng ebolusyon ng kemikal. Ang tanong ng ebolusyon ng kemikal ay partikular na may kaugnayan dahil sa loob ng balangkas nito ay mayroong paglipat mula sa walang buhay patungo sa buhay. Ang pagwawalang-bahala sa transisyon na ito, sinusubukang ipaliwanag ang biyolohikal nang direkta mula sa pisikal na lead hanggang sa mekanismo (mga varieties nito - physicalism), at ang postulation ng "chasm" sa pagitan ng buhay at ng walang buhay at hindi matagumpay na mga pagsisikap upang matuklasan ang biological sa loob ng pisikal - sa lahat. mga uri ng preformism at vitalism.
Ang mga pag-aaral ng kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay may malaking kahalagahan para sa siyentipikong pilosopikal na teorya at sosyo-historikal na kasanayan. Kasabay ng tiyak na solusyon ng mga partikular na isyu, kinakailangang isaalang-alang ang mga pilosopiko na problema ng kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay, dahil "sinumang kumuha ng mga partikular na isyu nang hindi muna nilutas ang mga pangkalahatan ay hindi maiiwasang "matitisod" sa mga pangkalahatang tanong na ito sa bawat hakbang.”
Ang kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay nagsisilbing pinakamataas na anyo ng paggalaw sa inorganikong kalikasan. Bilang isang transisyonal sa pagitan ng pisikal at biyolohikal na mga anyo ng paggalaw, ito ay gumaganap ng isang pinagsama-samang papel, na nagbibigay ng pagkakaisa, ang kanilang pagkakaugnay at paglipat sa pagitan nila. Ang kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay partikular na interes para sa pagtukoy, pag-aaral at pagkonkreto ng mga pangkalahatang prinsipyo ng sistematikong pag-unlad, na mahirap gawin batay sa pag-aaral ng pisikal na anyo ng paggalaw ng bagay dahil sa paghahambing ng kahirapan at elementarya. kalikasan, o ang biyolohikal na anyo dahil sa napakataas na dinamismo at pagiging kumplikado nito, kung minsan ay nakakubli na naghihiwalay sa pangunahin mula sa pangalawa at pangalawa.
Ang ebolusyon ng kemikal ay nagsilbi, ayon sa modernong agham, bilang batayan para sa paglitaw ng buhay sa ating sistema ng bituin. Para sa paglitaw ng buhay sa Uniberso, maraming mga kondisyon ang dapat matugunan: ang pagkakaroon ng nucleosynthesis, pagbuo ng bituin, tatlong-dimensional na espasyo, kung saan ang mga atomo, planetary system, atbp. batayan para sa assertion na "ang buhay ay ang resulta ng mga natural na proseso na nagaganap sa Uniberso" (S. Ponnamperuma). Kaugnay ng problema ng buhay, ang pinakamahalagang elemento ng ebolusyon ng kemikal na nagaganap sa uniberso ay ang pagbabago ng mga carbon compound na sumasailalim sa pinagmulan ng buhay sa lupa.
Ang carbon ay walang alinlangan na isa sa mga pinaka-karaniwang elemento sa kalawakan, dahil para sa nucleosynthesis nito ay hindi nangangailangan (tulad ng mga light element tulad ng helium, nitrogen o oxygen) ng anumang hindi pangkaraniwang mapagkukunan ng enerhiya, halimbawa, sa anyo ng mga pagsabog ng "supernova" mga bituin. Ang pagkakaroon ng carbon ay matatagpuan sa spectra ng lahat ng klase ng mga bituin. Totoo, sa mga bituin na ang temperatura sa ibabaw ay humigit-kumulang 25,000 ° C, ang carbon ay lilitaw lamang sa isang ionized na estado o sa anyo ng mga atomo. Ngunit nasa class A na mga bituin na may temperatura sa ibabaw na humigit-kumulang 10,000°C, may mga kondisyon na pumapabor sa pagbuo ng mga carbon-hydrogen compound. Ang bilang ng mga compound na ito ay tumataas habang bumababa ang temperatura ng mga bituin. Sa kaso ng Araw, na ang temperatura sa ibabaw ay humigit-kumulang 6000 °C, ang pagkakaroon ng pinakasimpleng hydrocarbons at cyanide ay naitatag (P. Davis). Ang pinaka-interesante sa bagay na ito ay ang mga carbon star, na tinatawag ding "red giants". Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang makabuluhang labis na carbon na may kaugnayan sa oxygen, na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng isang makabuluhang halaga ng iba't ibang mga carbon compound sa kanilang mga atmospheres.
Ayon sa mga resulta ng pananaliksik ng English astrophysicist na si F. Hoyle, sa kapaligiran ng mga carbon star, ang mga butil ng grapayt na may sukat ng pagkakasunud-sunod ng ilang daang angstrom ay patuloy na bumangon, na, sa ilalim ng impluwensya ng magaan na presyon, ay itinulak sa interstellar space. , na bumubuo ng mga ulap ng graphite na alikabok doon at nagiging mapagkukunan ng magkakaibang mga carbon compound sa medium na ito. Sa kasalukuyan, may mga indikasyon na ang mga cosmic dust particle ay may isang kumplikadong istraktura - isang silicate core na napapalibutan ng isang shell ng mga organikong sangkap, kung saan, malinaw naman, ang iba't ibang mga proseso ng kemikal ay nagaganap (J. Greenberg). Maraming mga bituin ang lugar ng pangunahing synthesis ng mga paunang carbon compound, na maaaring ituring bilang mga precursor ng mas kumplikadong mga organic compound. "Ang kilalang aphorism na tayo at ang mga bituin ay gawa sa iisang materyal ay hindi mga salitang walang laman. Ang mga atomo na bumubuo sa iba't ibang molekula ng atmospera, ang crust ng lupa, ilog, lawa at karagatan, halaman at hayop, ay bumangon sa ang kapanganakan ng Galaxy" (S. Ponnamperum ).
Sa Galaxy, ang proseso ng pagbuo ng mga bagong bituin mula sa interstellar matter ay patuloy na nangyayari, ngunit sa parehong oras ang mga bituin na lumitaw ay nagbibigay ng bahagi ng kanilang sangkap sa kanilang kapaligiran, pinayaman ito ng mga carbon compound. Kaya, ang mga kondisyon na kanais-nais para sa synthesis ng iba't ibang mga organikong compound ay lumitaw sa kalawakan. Sa mga ulap ng interstellar na gas at alikabok, ang mga kumplikadong proseso ng kemikal ay maaaring umunlad, bilang isang resulta kung saan higit pa at mas simple at mas kumplikadong mga organikong sangkap ang naipon sa kalawakan. Kaya, ipinapakita ng mga obserbasyon sa radyo na sa ating Galaxy star-forming clouds ay kinabibilangan ng mga organikong interstellar molecule gaya ng formic acid, formaldehyde, ethanol, atbp. (N. Scoville, J. Young), na sa ilang bahagi ng Andromeda Nebula mayroong cyanide at mga molekula ng formaldehyde (A.S. Sharov).
Ang pinagmulan ng mga carbon compound na nagmumula sa Cosmos ay hindi lamang ang mainit na kapaligiran ng mga bituin, kundi pati na rin ang mga butil ng yelo ng interstellar dust. Nangangahulugan ito na ang mga carbon organic compound ay maaaring lumitaw, umiral, at umunlad sa isang napakalawak na hanay ng temperatura mula 300°K (atmosphere ng mga carbon star) hanggang 2°K (gas at dust clouds). Ito ang pangunahing dahilan kung bakit ang mga atmospheres ng mga bituin, ang pagbuo ng gas at dust matter, at mga celestial na katawan tulad ng mga kometa, pati na rin ang buong interstellar space, ay puspos ng malaking kasaganaan ng carbon at mga compound nito (G.A. Gurzadyan).
Ang pananaliksik sa larangan ng quantum chemistry ng malamig ay nagpakita na dahil sa isang tiyak na quantum phenomenon, ang tinatawag na "tunnel effect", ang mga kemikal na reaksyon ay maaaring magpatuloy kahit na sa mga temperatura na malapit sa absolute zero (V.I. Gol'danskii). Ito ay sumusunod mula sa mga eksperimento na ang mga reaksyon ng polimerisasyon ng mga solidong organikong sangkap ay nangyayari nang direkta sa panahon ng pag-iilaw ng sangkap na may ultraviolet na ilaw na nasa temperatura ng likidong helium (-269°C). Ang kahalagahan ng mga pag-aaral na ito ay nakasalalay sa katotohanan na ipinapakita nila ang posibilidad ng synthesis ng mga organikong molekula, na bumubuo sa batayan ng buhay na bagay, sa mga kondisyon ng cosmic cold sa ilalim ng impluwensya ng cosmic radiation. Malinaw, ang "tunnel effect" ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa paggana ng mga biomolecules; ito ay "gumagana" kapwa sa rehiyon ng malalim na lamig at sa rehiyon ng mga temperatura sa itaas 200°K (V.I. Gol'danskii).
Ang isa sa mga pangunahing proseso na pinagbabatayan ng paggana ng mga tunay na biosystem ay ang paglipat (gamit ang "tunnel effect") ng isang electron sa isang protina (E.G. Petrov). Bilang isang resulta, ang nuclear configuration ng macromolecule ay muling inayos, na nakakaapekto sa bioenergetics ng cell. Mayroong katibayan na ang "mga epekto ng tunnel" sa mga polyatomic system ay tumutukoy sa pagbuo ng mga naturang biological na katangian tulad ng pagkamayamutin at excitability (M.A. Shishlo, S.Kh. Kubli, V.P. Nuzhny).
Ang kahalagahan ng mga pamamaraan ng pagsasaliksik ng quantum mechanical sa biochemistry ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga delocalized na electron ay gumaganap ng pangunahing papel sa mga proseso ng buhay. Ang kanilang mga pinagmumulan ay ang mga likas na elemento na bumubuo sa karamihan ng mga biochemical substance.
Ito ay kilala na ang mga buhay na sistema ay 99% na binubuo ng hydrogen, carbon, nitrogen at oxygen, na ang huling tatlong elemento ay pinakamadaling bumubuo ng maramihang mga bono. Kasama rin dito ang mga elementong napakahalaga para sa mga biochemical na proseso, tulad ng sulfur at phosphorus. Ang limang elementong ito, kahit na sa kaso ng mga solong bono, ay may "nag-iisang pares ng mga electron" na maaaring mag-delokalisasi at mag-link ng mga conjugated na site. Samakatuwid, hindi nakakagulat na ang lahat ng "mga pinakamahalagang biochemical substance na nauugnay sa mga pangunahing pag-andar ng buhay na bagay o gumaganap ng mga pag-andar na ito ay ganap o hindi bababa sa bahagyang conjugated system" (B. Pyulman, A. Pyulman).
Ang mga conjugated compound na bumubuo sa pangunahing istruktura at functional na mga yunit ng isang buhay na cell ay kinabibilangan ng mga nucleic acid, protina, phosphate na mayaman sa enerhiya, at karamihan sa mga enzyme. Dahil ang mga compound na ito ay medyo kumplikado, at ang kalikasan ay hindi nagpapatawad ng mga labis, mayroon silang ilang mahahalagang tampok na nagpapahintulot sa kanila na lumahok sa mga proseso ng buhay. Ang tampok na ito ay ang delokalisasi ng mga electron, na nagbibigay sa molekula ng karagdagang katatagan (i.e., halimbawa, maaari nitong matukoy ang paglaban ng mga molekula sa pagkilos ng radiation at kumakatawan sa batayan para sa pagpili sa antas ng molekular) at nagbibigay ng posibilidad ng mga naturang reaksyon na hindi katangian ng mga molekula ng iba pang uri. Ang dynamism ng buhay ay pare-pareho sa dynamism ng "electron cloud" sa conjugated molecules. Samakatuwid, ang mga naturang sistema ay maaaring isaalang-alang kapwa bilang paunang istraktura at bilang pangunahing batayan ng buhay.
Ang mga detalye ng pilosopiya ng kimika
Ang Chemistry, sa pakikipagtulungan sa iba pang mga agham at sa malapit na unyon sa pilosopiya, ay nagbibigay ng malawak, pangunahing materyal para sa siyentipiko upang bumuo ng siyentipiko at pilosopikal na pananaw sa kalikasan at sa mundo sa paligid niya.
Alam na ang mga praktikal na tagumpay ng kimika ay naging isa sa pinakamahalagang sandali ng patuloy na rebolusyong pang-agham at teknolohikal, at ang sukat ng produksyon at aktibidad ng kemikal ng mga tao ay naging napakalinaw sa mga tuntunin ng epekto nito sa kalikasan at lipunan. Ang mabilis na paglaki ng chemicalization ng produksyon ay nagdudulot ng maraming problema ng pilosopiko at sosyolohikal na kalikasan.
Pang-ekonomiya, pampulitika, ideolohikal, moral, aesthetic na bahagi ng pag-unlad ng kimika at chemicalization ng produksyon, ang kanilang papel sa pag-unlad ng teknolohiya, mga produktibong pwersa, sa mga relasyon ng lipunan sa kalikasan, at hindi direktang panlipunang mga kahihinatnan ng chemicalization, at ang kabaligtaran na impluwensya ng iba't ibang mga kadahilanang panlipunan sa kurso ng pag-unlad ng agham ng kemikal, sa direksyon ng mga praktikal na aplikasyon ng mga nakamit nito - ito ang ilan sa mga tanong na ito.
Mayroong tatlong pangunahing grupo ng mga pilosopikal na tanong ng kimika. Ang una sa kanila ay konektado sa pangkalahatan ng bagong natamo ng kimika sa kaalaman ng bagay, na may pagkakakilanlan kung paano nito pinayaman ang pangkalahatang siyentipikong larawan ng bagay, kalikasan, kung ano ang ideolohikal na kahalagahan ng mga natuklasan na ginawa. Ito ang ontological na aspeto ng mga tagumpay ng kimika. Ang pagbuo ng mga tanong na ito ay ginagawang posible upang linawin, maunawaan nang mas malalim ang kakanyahan ng ilang mga phenomena na natuklasan ng kimika, upang makita ang kanilang mga koneksyon sa iba - pisikal at biological at iba pang mga phenomena, upang maunawaan ang kanilang lugar sa pangkalahatang sistema ng kalikasan. Ang pagbuo ng mga tanong na ito ay kinakailangan hindi lamang para sa pagbuo ng isang pangkalahatang pang-agham na pananaw na naaayon sa nakamit na antas ng kaalaman tungkol sa kalikasan at para sa pagwawasto ng mga karagdagang direksyon ng pananaliksik sa kemikal. Ang pangalawa at pinakamalawak na pangkat ng mga tanong ay epistemological at methodological na mga tanong. Hinahawakan nila ang napaka-cognitive na aktibidad ng isang chemist, ang mga lohikal na tool nito, ang pagsusuri ng pagbuo ng kaalaman sa kemikal ng mga konsepto ng abstraction na ginagamit sa kimika, mga pamamaraan ng pananaliksik, atbp. Ang mga resulta ng katalusan, na bumubuo sa anyo ng mga bagong konsepto, prinsipyo, teorya, ay palaging nagiging mga kasangkapan para sa karagdagang katalusan. Upang ipakita hindi lamang ang pangkalahatang natural na pang-agham na pananaw sa mundo na kahalagahan ng bagong kaalaman, kundi pati na rin ang kanilang kahalagahan sa pagbuo ng cognitive apparatus ng agham, ang kanilang paggana bilang mga tool at paraan ng pag-unawa - ito ang gawain ng pagsasaliksik sa metodolohikal at epistemological na bahagi ng kimika. . Ang mga tanong na ito sa mga kondisyon ng mabilis na pag-unlad ng modernong kimika, ang lumalagong mathematization, ang abstractness ng kaalaman ay nakakuha ng partikular na pangangailangan ng madaliang pagkilos at kahalagahan. Ang ikatlong pangkat ng mga pilosopikal na tanong ng kimika ay mga tanong na may kaugnayan sa pagsisiwalat ng panlipunang aspeto ng pag-unlad ng kimika at kasanayan sa kemikal. Ito ay mga tanong na may kaugnayan sa pagbabago ng kimika sa isang produktibong puwersa, na nauugnay sa katotohanan na ang mga konsepto na binuo ng agham ay naging mga kasangkapan para sa praktikal na aktibidad ng mga tao upang baguhin ang layunin ng realidad. Ang mga ito ay mga tanong na may kaugnayan sa katotohanan na ang mga sangkap na pinag-aralan ng kimika ay hindi lamang isang misteryosong paksa ng patuloy na siyentipikong pananaliksik, kundi isang bagay din na napakahalaga para sa sangkatauhan. Ang pagkakaroon o kawalan ng ilang uri ng bagay, na inihatid ng kimika sa pamamagitan ng kakayahang muling gumawa ng isang sangkap, kontrolin ang mga katangian at pagbabago nito, lahat ng ito ay isang mahalagang salik sa panlipunang pag-unlad at kapansin-pansing makikita sa iba't ibang aspeto ng lipunan. Siyempre, ang paghahati ng mga pilosopikal na problema ng kimika sa tatlong grupong ito ay sa halip arbitrary. Ang mga batas ng pagiging, ang layunin ng mundo at ang mga batas ng katalusan, pag-iisip ay hindi isang bagay na ganap na independyente sa bawat isa, sila ay iisa, nag-tutugma at sa isang tiyak na kahulugan ay magkapareho. Ang subjective dialectics, ang dialectics ng mga konsepto, ay isang repleksyon ng dialectical movement ng tunay, layunin na mundo. Samakatuwid, ang unang pangkat ng mga tanong (ang ontological na aspeto) ay hindi maaaring ganap na ihiwalay sa mga epistemological na problema. Ang pangkalahatang siyentipikong larawan ng kalikasan, ang bagay ay resulta ng kaalaman; ito ay ipinahayag sa mga konsepto, sa mga abstraction at nagtataglay ng selyo ng epistemological, metodolohikal na posisyon ng mga mananaliksik at mismong kumikilos, bilang instrumento ng kaalaman, ang batayan para sa pagpapabuti ng cognitive apparatus ng agham, ang paglitaw at solusyon ng epistemological at mga isyung metodolohikal (halimbawa, para sa pagsusuri ng mga pagbabago sa istruktura ng siyentipikong teorya). Ang pangkat ng mga tanong tungkol sa panlipunang aspeto ng kimika ay hindi maaaring ganap na ihiwalay sa epistemological at ontological. Ang pag-unlad ng epistemological, mga problema sa pananaw sa mundo sa agham ay palaging nagtataglay ng selyo ng ideolohikal na pakikibaka, ang mga prosesong panlipunan sa panahon nito. Ang ideolohikal na kahalagahan ng ilang mga tagumpay sa kimika ay hindi limitado lamang sa katotohanan na nagbibigay sila ng data para sa paglilinaw ng mga pangkalahatang ideya tungkol sa kalikasan. Ang lugar at papel na ginagampanan ng kimika at kemikal na aktibidad ng sangkatauhan sa pangkalahatang larawan ng pagiging ay maaaring mas ganap na isiwalat lamang na isinasaalang-alang ang kanilang panlipunang aspeto, ang epekto sa buhay ng mga tao, sa estado ng mga relasyon sa pagitan ng lipunan at kalikasan. Ang mga pilosopikal na tanong ng kimika, tulad ng ibang partikular na agham, ay hindi ganap na independiyenteng mga tanong na panlabas dito, mga tanong na may kinalaman lamang sa mga indibidwal na baguhan na naghahangad na masiyahan ang kanilang walang ginagawang pag-usisa. Masasabi nang walang pagmamalabis na ang mga tanong na pilosopikal ay kumikilos bilang isa sa mga kailangang-kailangan na sangkap sa pagbuo ng mga pang-agham at praktikal na mga problema ng kimika. Ang unyon ng kimika at pilosopiya ay naganap sa buong kasaysayan nila. Ang pagiging isang mahalagang bahagi sa kasaysayan ng pagbuo ng pangkalahatang natural-agham na larawan ng mundo, ang kasaysayan ng kaalaman sa mga kemikal na katangian ng bagay, ang kasaysayan ng praktikal na kasanayan nito, ay malapit na nauugnay sa kasaysayan ng pag-unlad ng relasyon ng tao sa labas ng mundo, kasama ang kasaysayan ng kaalaman sa materyal at espirituwal na bahagi ng mga relasyon na ito. Ang kasaysayan ng kimika ay nakakumbinsi na nagpapatotoo na maraming mga pangunahing kinatawan ng agham na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang mataas na pilosopikal, epistemological na kultura at, sa isang antas o iba pa, palaging nagpakita ng interes sa pananaw sa mundo, pamamaraan at panlipunang bahagi ng pag-unlad ng kimika, at ang kalikasan at antas ng kanilang pilosopikal na posisyon ay palaging makikita sa direksyon ng mga pamamaraan at resulta ng kanilang pananaliksik. Ang mga tanong na may pangkalahatang ideolohikal na kalikasan at mga tanong na may kaugnayan sa mga batas ng kaalaman ay lalo na malapit sa pang-araw-araw na gawain ng isang chemist. Ang agham ng kemikal ay nasa bingit na ngayon ng isang engrandeng pag-alis. Kakailanganin niyang alamin ang mga proseso ng pagbuo ng mga mineral sa crust ng lupa, mga kemikal na compound sa iba pang mga planeta at bituin, tumagos sa mismong mga recess ng biochemical transformations, magbigay ng kasangkapan sa industriya, agrikultura, at pangangalagang pangkalusugan ng mga bagong sintetikong gamot. Ang mga tagumpay na nakamit ng kimika sa kaalaman sa kalikasan ay bunga ng malapit na pagkakaisa sa pagbuo ng teorya at kasanayan ng kemikal. Ang pag-unlad ng kimika ay nakakumbinsi sa pangangailangan para sa karagdagang malalim na pag-aaral ng mga mekanismo ng siyentipikong pag-iisip ng mga chemist, ang "teknolohiya" nito, ang mga tampok nito sa iba't ibang yugto ng agham ng kemikal. Ang epistemological analysis ng cognitive activity ng isang chemist, ang kanyang abstractions, models, at ang mga inilapat na pamamaraan ng simplification at idealization ay mahalaga, una sa lahat, para sa mga chemist mismo. Ang hindi sapat na pag-unawa sa pagkilos at kalikasan ng mga paraan ng pag-unawa, ang kanilang pinagmulan at mga posibilidad ay kadalasang nagiging sanhi ng mga pagkakamali sa pamamaraan sa pananaliksik at mga konklusyon, kawalan ng kakayahan sa harap ng pagsalakay ng metapisiko at idealistikong mga haka-haka sa mga kahirapan sa epistemological kapag pinapalitan ang isa. abstraction sa iba, humahantong sa isang pag-aaksaya ng siyentipikong pagsisikap at materyal na mga mapagkukunan. Sa konklusyon, maaari nating sabihin na ang mga pilosopikal na tanong ng kimika ay hindi mga tanong na walang solusyon kung saan ang agham na ito ay maaaring mabilis at matagumpay na umunlad. Ang mga tanong na ito, sa isang paraan o iba pa, ay kumikilos bilang isa sa mga bahagi kapwa sa pagbuo ng mga tiyak na problemang pang-agham ng modernong kimika, pangunahin ang mga pangunahing problemang teoretikal, at sa pang-araw-araw na gawain ng isang chemist sa pagkuha ng bagong kaalaman tungkol sa bagay, sa pagbabago ng natural. mga sangkap sa materyal na kalakal na mahalaga para sa mga tao. .
2014-05-31Abiogenesis at kusang henerasyon. Ang mga sinaunang pantas ay ang unang nagpahayag ng kanilang mga saloobin tungkol sa kung paano lumitaw ang buhay sa Earth. Kahit noon pa man, ipinapalagay nila na ang mga buhay na organismo ay nagmula sa di-organikong bagay. Noong sinaunang panahon, ang ideya ng kusang henerasyon (spontaneous generation) ng mga nabubuhay na nilalang mula sa mga di-nabubuhay na materyales ay kinuha para sa ipinagkaloob. Noong Middle Ages, ang mga ideya tungkol sa pinagmulan ng buhay ay naging anyo ng relihiyosong dogma. Ang isa sa mga postulate nito ay ang ideya ng paglitaw ng mga nabubuhay na nilalang mula sa lupa sa proseso ng pagkabulok sa ilalim ng impluwensya ng isang nagbibigay-buhay na espiritu.
Sa Renaissance, ang alamat ng homunculus ay aktibong kumalat - isang maliit na maliit na tao na maaaring likhain mula sa luad, lupa o iba pang walang buhay na bagay gamit ang mga magic spells at ritwal.
Ang kamalian ng ideya ng kusang henerasyon ng buhay ay naitala ng manggagamot na Italyano na si Francesco Redi (1626-1698). Nagsagawa siya ng isang serye ng mga eksperimento na nagpakita na ang mga langaw, salungat sa pinaniniwalaan noon, ay nabubuo mula sa mga itlog na inilatag ng mga babae, at hindi nagmula sa kanilang sarili sa nabubulok na karne. Kaya, kumuha si Redi ng dalawang piraso ng karne, inilatag ang mga ito sa dalawang palayok, na ang isa ay natatakpan ng usok. Pagkaraan ng ilang oras, nabuo ang larvae sa bukas na palayok, at walang mga palatandaan ng larvae o langaw sa saradong palayok. Samakatuwid, ang siyentipiko ay nagtapos: ang mga langaw ay nakaupo sa nabubulok na karne at naglalagay ng mga larvae dito, bilang isang resulta kung saan ang mga bagong langaw ay ipinanganak.
Gayunpaman, sa karamihan ng mga biologist hanggang sa XIX na siglo. walang alinlangan na ang lahat ng unicellular na organismo ay nagtataglay ng pag-aari ng kusang henerasyon. Ang ideyang ito ay tinanggihan lamang noong 1865 ng namumukod-tanging microbiologist na si Louis Pasteur (1822-1895). Sa oras na iyon, alam na na pagkatapos ng matagal na pagpapakulo sa isang stoppered flask ng anumang medium, ito ay nananatiling sterile hangga't ang flask ay nananatiling walang takip. Gayunpaman, ang mga tagasuporta ng ideya ng kusang henerasyon ay hindi kumbinsido sa karanasang ito. Naniniwala sila na ang malinis, hindi pinainit na hangin ay kinakailangan para sa kusang henerasyon. Samakatuwid, sa pagkakasunud-sunod ni Pasteur, ang isang prasko na may leeg na hubog sa anyo ng leeg ng swan ay espesyal na ginawa (Larawan 197). Ang nakapagpapalusog na sabaw na pinakuluan sa naturang prasko ay hindi tumubo ng bakterya sa parehong paraan tulad ng sa isang prasko na sarado na may takip. Ipinaliwanag ito ni Pasteur sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga mikroorganismo na tumagos sa naturang prasko kasama ang hangin ay naninirahan sa mga liko ng leeg. Kinumpirma niya ang kanyang mga salita sa pamamagitan ng pag-alog ng prasko upang ang sabaw ay banlawan ang mga dingding ng leeg. Ito ay pagkatapos nito na pagkaraan ng ilang sandali ay lumitaw ang bakterya sa sabaw. Kaya, pinatunayan ni L. Pasteur na sa isang kapaligirang walang microorganism, imposible ang kanilang henerasyon kahit na sa ilalim ng mainam na mga kondisyon.
Ngayon ang kanlungan ng ideya ng kusang henerasyon ng mga organismo ay nananatiling creationism - isang relihiyon at pilosopikal na konsepto, ang pagkakaiba-iba ng buhay na kalikasan, sangkatauhan, ang Earth at ang Uniberso ay itinuturing na isang gawa ng banal na paglikha.
Ang pagtanggi sa ideya ng posibilidad ng kusang henerasyon ng mga organismo sa mga modernong kondisyon ay hindi sumasalungat sa mga ideyang pang-agham na ang buhay sa Earth ay nagmula sa di-organikong bagay bilyun-bilyong taon na ang nakalilipas bilang resulta ng kemikal o, bilang tinatawag ding prebiological evolution. . Ang ideya ng prebiological development ng kalikasan, na humantong sa pagbuo ng buhay, ay tinawag na abiogenesis (mula sa Greek A - hindi, sa bios at genesis). Ngayon ay pinaniniwalaan na ang ebolusyon ng buhay sa ating planeta ay binubuo ng dalawang yugto: abiogenesis at biogenesis - ang aktwal na biological evolution, kapag ang mga buhay na organismo ay nagmumula lamang sa mga nabubuhay na organismo.
Ebolusyon ng kemikal. Ang materyal na kakanyahan ng mga katawan ng mga nabubuhay na organismo ay medyo simple. Ang mga ito ay binuo mula sa polymeric organic compounds, na batay sa mga compound ng carbon atoms. Ang proseso ng mahahalagang aktibidad ay walang iba kundi isang hanay ng mga iniutos na reaksiyong kemikal na nagmumula sa isa't isa. Ang pagkakaroon ng mental na pagkabulok ng cell sa magkahiwalay na mga istruktura at macromolecules kung saan ito itinayo, at ang metabolismo ng katawan ay una sa mga biochemical cycle, at pagkatapos ay sa magkahiwalay na mga reaksyon, madaling isipin ang lohika ng unti-unting komplikasyon ng istraktura ng mga compound ng kemikal. at mga reaksyon na maaaring mangyari bilyun-bilyong taon na ang nakalilipas. Sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo na gayahin ang mga kondisyon ng primitive Earth, posible na unang synthesize ang pinakasimpleng biogenic compound, pagkatapos ay kumuha ng mga biopolymer mula sa kanila, may catalytic activity, at pagkatapos ay mga istruktura na kahawig ng isang cell membrane. Kaya, posible na patunayan ang pangunahing posibilidad ng ebolusyon ng kemikal - ang progresibong proseso ng paglitaw ng mga bagong compound ng kemikal, na mas kumplikado at lubos na organisado kumpara sa mga orihinal na sangkap, ay naganap sa Earth bago ang paglitaw ng buhay.
Ang mga pangunahing probisyon ng konsepto ng ebolusyon ng kemikal ay ang mga sumusunod.
Ang buhay sa Earth ay natural na lumitaw mula sa mga di-organikong sangkap na may paggasta ng enerhiya na nagmula sa labas.
Ang paglitaw ng buhay ay ang proseso ng paglitaw ng mga bagong compound ng kemikal at mga reaksiyong kemikal.
Ang ebolusyon ng kemikal ay isang proseso na nagaganap sa bilyun-bilyong taon sa ilalim ng napakaespesipikong mga kondisyon sa ilalim ng impluwensya ng malalakas na panlabas na pinagkukunan ng enerhiya.
Ang isang mahalagang papel sa ebolusyon ng kemikal ay nilalaro ng pagpili ng prebiological, na nag-ambag sa paglitaw, una sa lahat, ng mga kumplikadong compound kung saan ang kakayahang makipagpalitan ng mga sangkap ay pinagsama sa kakayahang magparami mismo.
Ang pangunahing salik sa proseso ng ebolusyon ng kemikal ay ang salik sa pagsasaayos ng sarili na likas sa lahat ng mga kumplikadong sistema, na kinabibilangan ng mga organikong molekula.
Posible ba sa modernong mga kondisyon sa Earth na mahanap ang limitasyon ng estado sa pagitan ng walang buhay at buhay? Kaya mo pala. Ito ang parehong mga virus na nagpapakita ng mga katangian ng parehong nabubuhay at hindi nabubuhay, bagaman, ayon sa karamihan ng mga siyentipiko, wala silang kinalaman sa ebolusyon ng kemikal at pinagmulan ng buhay. Ang mas kawili-wiling ay ang pagtuklas ng isang ganap na bagong hangganan ng estado sa pagitan ng buhay at di-nabubuhay - ang tinatawag na nanobacteria. Ang mga ito ay napakaliit na spherical substance na hindi lalampas sa mga virus sa laki. makikita lamang sila sa pamamagitan ng electron microscope. Karamihan sa mga siyentipiko ay itinuturing silang mga biomineral. Ang nanobacteria ay maaaring magparami ng kanilang sarili sa pagkakaroon ng ilang mga bitamina. ang kanilang pagpaparami sa kasong ito ay nangyayari sa pamamagitan ng pagkopya sa sarili. Ang nanobacteria ay hindi naglalaman ng DNA, o RNA, o anumang mga protina. Ang mga proseso ng kemikal sa mga sangkap na ito ay nangyayari nang iba kaysa sa mga prokaryote, at ang kanilang rate ng paglaki ay libu-libong beses na mas mabagal kaysa sa bakterya.
Mga modernong ideya tungkol sa mga pangunahing yugto ng abiogenesis. Ang pagbuo ng mga organikong compound na karaniwan sa buhay na kalikasan sa labas ng katawan ay dumadaan sa ilang yugto.
1. Synthesis ng mga organikong monomer: mga organikong acid, amino acid, carbohydrates, nitrogenous base. Mayroong lahat ng mga kondisyon para dito sa primitive na Earth: ang dami ng tubig, methane, ammonia at cyanides, ang kawalan ng oxygen at iba pang oxygen oxidation (ang kapaligiran ay may isang pagbawas ng karakter), pati na rin ang labis na libreng enerhiya sa anyo ng ultraviolet radiation, mga paglabas ng kuryente at aktibidad ng bulkan.
Ang posibilidad ng pag-synthesize ng mga amino acid at iba pang mababang molekular na timbang na mga organikong compound mula sa mga elemento ng kemikal at mga inorganic na compound ay napatunayan sa eksperimento. Para dito, ang mga bahagi ng atmospera ng Earth noon (carbon dioxide, methane at ammonia, water vapor) ay inilagay sa isang closed flask at ang mga electric discharges ay dumaan sa pinaghalong ito (Fig. 198). Bilang resulta, posibleng mag-synthesize ng ilang medyo kumplikadong biogenic compound: mga amino acid (glycine, alanine, aspartic acid), succinic at lactic acid, at iba pang mababang molekular na mga organic compound. Ang mga katulad na resulta ay paulit-ulit na nakuha, kabilang ang para sa paggamit ng iba pang mga mapagkukunan ng enerhiya, iba pang mga gas, ang kanilang iba't ibang mga ratios. Isinasaalang-alang na dose-dosenang mga simpleng organikong compound ang natagpuan na ngayon sa interplanetary space, makatwirang ipalagay na bilyun-bilyong taon bago ang paglitaw ng buhay, ang konsentrasyon ng mga organikong compound sa Earth ay maaaring medyo mataas sa mga lugar. Natunaw sa tubig, nabuo nila ang tinatawag na "pangunahing sabaw".
2. Ang synthesis ng mga organikong polimer, na isinasagawa mula sa magagamit na mga monomer, ay naging susunod na hakbang sa ebolusyon ng kemikal. Ang mga catalyst ay maaaring metal ions, at ang matrix ay maaaring clay particle. Bilang resulta ng prosesong ito, ang iba't ibang mga polypeptide at ang pinakasimpleng mga lipid ay nabuo sa "pangunahing sabaw" (tandaan, kung saan ang dalawang bahagi ay binubuo ng mga taba). Sila ay pinagsama sa isa't isa, na bumubuo ng mga kumplikadong multimolecular complex - coacervates (mula sa lat. Coacervatus - pinagsama-sama), na mukhang mga patak na may malinaw na mga hangganan (Larawan 199). Ang mga Coacervate ay may kakayahang sumipsip ng iba't ibang mga sangkap, iba't ibang mga reaksyon ang naganap sa kanila, lalo na, ang polimerisasyon ng mga monomer ay nagmula sa labas. Dahil sa mga reaksyong ito, maaaring lumaki ang mga patak—tumaas ang volume, at, pagkatapos maabot ang kritikal na masa, dumami—mahati sa mga anak na babae.
Sa proseso ng paggawa ng kimika sa isang agham, naganap ang tinatawag na ebolusyon ng kemikal, at ang pagbabagong punto ng rebolusyonaryong prosesong ito ay dumating pagkatapos ng paglikha noong 1777 ng naturalistang Pranses na si Lavoisier ng teorya ng pagkasunog na naglalarawan sa papel ng oxygen. Kasabay nito, nagsimula ang isang rebisyon ng lahat ng mga pangunahing konsepto at pangunahing prinsipyo ng kimika, nagbago ang terminolohiya at katawagan ng mga sangkap.
Kursong Elementarya
Ang taong 1789 ay minarkahan ng paglalathala ng aklat-aralin ni Lavoisier, na agad na naging pangunahing gabay para sa mga theorist at practitioner ng umuusbong na agham. Ang "Elementary Course of Chemistry" ay mayroon nang unang listahan sa mundo - isang talahanayan ng mga simpleng katawan, na nakalista ang mga kilalang elemento ng kemikal. Sa gitna ng Lavoisier tome na ito ay ang teorya ng oxygen ng pagkasunog, kung saan ang ebolusyon ng kemikal ay itinuro sa isang ganap na bagong landas. Ang pinakamahalagang bagay sa kahulugan ng isang elemento ay ang karanasan, na pinili ng siyentipiko bilang pangunahing pamantayan, at lahat ng hindi nakumpirma ng karanasan, halimbawa, atomic o Lavoisier, ay hindi isinasaalang-alang.
Ang ebolusyon ng kemikal ay dumaan sa mga batas na kanyang binuo - tungkol sa konserbasyon ng masa, tungkol sa likas na katangian ng mga compound, tungkol sa kanilang mga pagkakaiba sa elementong komposisyon. Noon ang kimika ay nagkaroon ng anyo ng isang independiyenteng agham, na pinag-aaralan ang komposisyon ng mga katawan sa eksperimento. Sa anumang paraan ay hindi magagawa ng ebolusyon ng kemikal nang walang rasyonalisasyon ng paksa, at sa gayon ang sangkatauhan sa wakas ay inabandona ang alchemical na nakaraan, dahil ang mga ideya tungkol sa kalikasan ng bagay at mga katangian nito ay nagbago nang radikal at napakabilis. At ang impetus para sa prosesong ito ay ang pananaliksik ng Lavoisier. Ngayon kahit na ang mga mag-aaral ay alam na ang mga yugto ng kemikal na ebolusyon (o prebiotic evolution) ay dapat isaalang-alang mula sa panahon na nauna rito.Noong ikalabing walong siglo, walang sinuman ang may ganoong ideya tungkol sa mundo.
Buhay
Ang kemikal na ebolusyon ng Earth ay nagsimula sa isang ganap na walang buhay na planeta, nang ang mga organikong sangkap ay unti-unting nagsimulang lumitaw mula sa mga di-organikong molekula, na naimpluwensyahan sa isang espesyal na paraan ng mga kadahilanan ng enerhiya at pagpili. Nagbukas ang mga proseso ng self-organization, na katangian ng kahit medyo kumplikadong mga sistema. Kaya, lumitaw ang carbon sa Earth. Sa halip, ang mga molekula na naglalaman ng carbon ay unang lumitaw, na may pangunahing kahalagahan hindi lamang para sa paglitaw, kundi pati na rin para sa karagdagang pag-unlad ng anumang nabubuhay na sangkap.
Hindi pa rin natin alam kung ano ang kakanyahan ng ebolusyon ng kemikal sa mga unang yugto ng pag-unlad ng buhay. Ang nalalaman tungkol sa kimika ng anumang sangkap ay naglilimita sa proseso ng ebolusyon sa mga hangganan ng water-carbon postulate. Marahil sa uniberso ay may mga pagpipilian para sa ibang paraan ng pag-iral at ang ating pinagmulang protina ay hindi lamang ang "output". Dito, isang natatanging kumbinasyon ng mga katangian ng polymerization ng carbon na may mga depolarizing na katangian ng may tubig na daluyan sa likidong bahagi ay natanto. Ang mga kundisyong ito ay naging sapat para magsimula ang kemikal na ebolusyon ng buhay, at kinakailangan din para sa pag-unlad ng lahat ng iba't ibang anyo ng buhay na kilala sa atin.
Pagsisimula ng isang proseso
Ang sangkatauhan, kahit tungkol sa sarili nitong duyan, ay alam na malayo sa lahat. Lalo na tungkol sa kung saan at kailan nagsimula ang mga yugto ng ebolusyon ng kemikal sa Earth. Maaari lamang tayong mag-isip tungkol dito. Dito, una, ganap na anumang mga termino ay posible.
Nang matapos ang ikalawang ikot ng pagbuo ng bituin, nang ang mga produkto ng pagsabog ay nag-condensed, na nagbigay sa mga elemento ng interstellar na tinatawag na mabigat, na ang masa ay lumampas sa dalawampu't anim. Kapag ang mga bituin na nasa ikalawang henerasyon ay natagpuan ang kanilang sariling mga sistema ng planeta, kung saan ang mga kinakailangang mabibigat na elemento ay mayroon nang sapat na halaga. Ang kakanyahan ng ebolusyon ng kemikal ay maaaring maisakatuparan anumang sandali pagkatapos ng Big Bang sa pagitan mula kalahating bilyon hanggang isa at kalahating bilyong taon.
Kung saan nagmula ang buhay
Kung saan ito maaaring magmula ay isa ring bukas na tanong. Sa paglikha ng maraming sapat na posibleng kondisyon, ang paglulunsad ng kemikal na ecolution ay maaaring mangyari sa halos anumang kapaligiran. Ito ang mga bituka ng mga planeta, at ang kalaliman ng mga karagatan, at ang ibabaw, kahit na ang mga protoplanetary formation ay angkop.
Bukod dito, ang mga ulap ng interstellar gas ay maaari ding magsilbi bilang isang pambuwelo para sa pag-atake ng nabubuhay na bagay sa kawalan ng buhay, at ito ay nakumpirma ng mga organikong sangkap na matatagpuan doon - mga alkohol at asukal, aldehydes, glycine amino acid at marami pang iba na maaaring magsilbing panimulang materyal para sa paglitaw ng buhay sa pamamagitan ng kemikal na ebolusyon na nagsimula.
Teorya
Ang sinaunang Earth ay nagpapanatili ng mga lihim nito, at ang sangkatauhan ay wala pang maaasahang impormasyon tungkol sa mga geochemical na kondisyon ng pagkakaroon nito bago ang paglitaw ng buhay. Ang pananaliksik sa heolohikal ay hindi maaaring matugunan ang lahat ng mga tanong na lumitaw, at samakatuwid ang astronomiya ay malawakang ginagamit para sa pag-aaral. Ito ay kung paano binuo ang teorya ng ebolusyon ng kemikal. Ang mga kondisyon ng Venusian o Martian ngayon ay nakikita na katulad ng sa Earth sa ilang mga yugto ng ebolusyon ng kemikal.
Ginagawa ang mga eksperimento sa mga modelo, at sa ganitong paraan nakukuha ang lahat ng pangunahing data na alam namin. Halimbawa, sa pamamagitan ng pagtulad sa iba't ibang komposisyon ng kemikal at klimatiko na kondisyon sa atmospera, hydrosphere, at lithosphere, nakuha ang mga kumplikadong organikong molekula. Ang pagkuha ng bagong data sa pamamagitan ng eksperimento ay palaging nagpapayaman sa teoryang ginagawa. Kaya, maraming mga hypotheses ang iniharap tungkol sa mga tiyak na mekanismo at direktang puwersang nagtutulak ng ebolusyon ng kemikal na naganap.
Pananaliksik sa Russia
Ang buhay sa Earth ay nabuo dahil sa abiogenesis, iyon ay, ang kapanganakan ng mga organikong compound, ang pagkakaroon nito ay katangian ng buhay na kalikasan sa labas ng anumang organismo at walang kaunting pakikilahok ng mga enzyme. Ito ang pinakaunang yugto kung kailan lumilitaw ang buhay mula sa walang buhay.
Ayon sa palagay ng akademikong Oparin noong ikadalawampu ng ikadalawampu siglo, ang mga solusyon ng mga macromolecular compound ay nakakakuha ng pagkakataon na bumuo ng ilang mga zone kung saan ang kanilang konsentrasyon ay nadagdagan, at ang paghihiwalay mula sa panlabas na kapaligiran ay hindi pumipigil sa kanila na makipagpalitan dito. Ang mga zone na ito ay tinatawag na coacervates o coacervate drops.
sa ibang bansa
Ang unang abiogenic synthesis na isinagawa sa ilalim ng mga kondisyon ng primitive Earth ay isinagawa noong 1953 ni Stanley Miller, na nag-synthesize ng mga amino acid sa iba pang mga organikong sangkap. Kasunod nito, lumitaw ang teorya ng mga hypercycle, na nagpapaliwanag ng mga pagpapakita ng buhay sa ebolusyon sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga kumplikadong mga reaksyon ng catalytic kasunod ng isa-isa, kung saan ang produkto ng nauna ay nagiging isang katalista para sa susunod.
Noong 2008 lamang, nilikha ng mga Amerikanong biologist ang unang "protocell", na, sa pamamagitan ng isang shell ng mga fatty acid at lipid, ay nakatanggap ng mga nucleotide monophosphate mula sa kapaligiran. Ang imidazole-activated na mga bloke ng gusali ay ganap na mahalaga para sa synthesis ng DNA. At noong 2011, ang mga vesicle na may mga elemento ng DNA sa ilalim ng isang cationic shell ay nilikha sa Japan, na may kakayahang hatiin, dahil ang isang polydimensional chain reaction ay nangyayari sa replikadong DNA na iyon.
Pangunahing hypotheses
Ang kemikal na ebolusyon ng buhay sa Earth sa mga hypotheses ay nagpapaliwanag sa mga sumusunod na pangunahing punto.
- Ang pangangailangan para sa paglitaw sa Earth o sa Space ng mga kondisyon kung saan nangyayari ang autocatalytic synthesis ng hydrocarbon-containing molecules, at ang synthesis ay dapat magkaroon ng malalaking volume at makabuluhang pagkakaiba-iba, sapat na upang simulan ang proseso ng ebolusyon ng kemikal.
- Ang paglitaw ng mga istrukturang protocellular na umuusbong mula sa mga molekulang inilarawan sa itaas. Ang mga matatag na saradong yunit na ito ay nakahiwalay sa kapaligiran, ang metabolismo at enerhiya sa kanila ay pumipili. Ito ay kung paano lumitaw ang mga istrukturang protocellular.
- Sa nabuong mga pinagsama-sama, lumilitaw ang kakayahan para sa independiyenteng pag-unlad - pagtitiklop sa sarili at pagbabago sa sarili ng lahat ng mga sistema ng kemikal ng impormasyon. Ito ay kung paano lumitaw ang elementarya na mga yunit ng namamana na code.
- Ang susunod na yugto ay ang paglitaw ng pagkakaisa sa pagitan ng mga pag-andar ng mga enzyme at mga katangian ng mga protina na may RNA at DNA bilang mga tagapagdala ng impormasyon. Ito ay kung paano lumitaw ang aktwal na code ng pagmamana, na kinakailangan para sa biological evolution.
Mga pagtuklas
Tulad ng nabanggit sa itaas, natuklasan ni Alexander Oparin ang mga coacervate noong mga twenties ng huling siglo. Dagdag pa, inilarawan nina Stanley Miller at Harold Urey noong 1953 ang paglitaw ng mga simpleng biomolecule sa isang simulate na sinaunang kapaligiran at ang proseso ng kanilang paglitaw. Susunod, sinabi ni Sydney Fox sa mundo ang tungkol sa proteoid microspheres. Noong 1981, napagmasdan nina T. Check at S. Altman ang autocatalytic division ng RNA, kung paano nagagawa ng mga ribozymes na pagsamahin ang impormasyon at catalysis sa isang molekula, "pinutol" ang kanilang mga sarili sa kadena at pagkonekta sa natitirang "mga dulo".
Noong 1986, binuo ni W. Gilbert mula sa Cambridge ang ideya ng "RNA World", at ipinakita ni Gunther von Kiedrowski mula sa Germany ang unang DNA-based na self-replicating system sa parehong oras, na isang malaking kontribusyon sa pag-unawa sa sarili. -kumplikadong mga sistema at ang kanilang mga function ng paglago. Mabilis na sumulong ang agham sa direksyong ito: Natuklasan ni Manfred Eigen ang hypercycle, ang ebolusyon ng mga ensemble ng mga molekula ng RNA, at nilikha ni Julius Rebeck ang unang artipisyal na molekula na nagre-replicate sa sarili sa chloroform.
Kalawakan at Lupa
Sa NASA Space Flight Center, pinag-aralan ni John Corlis ang proseso ng pagbibigay ng enerhiya at mga kemikal mula sa mga thermal source ng mga dagat, na ginagawang independyente ang ebolusyon ng kemikal sa kapaligiran ng kalawakan, sila pa rin ang permanenteng tirahan para sa orihinal na archaeobacteria ngayon. Sa mundo ng iron sulfide, lumitaw ang ilang hypotheses ni Günter Wächtershäuser.
Inilarawan niya ang unang self-replicating na mga istraktura na may metabolismo na lumitaw sa ibabaw ng pyrite (iron sulfide), na nagbigay ng enerhiya na kinakailangan para sa metabolismo. Sa ilalim ng mga kondisyon ng pagpili, ang lumalaki at nabubulok na mga kristal na pyrite ay maaaring lumaki at dumami, na lumilikha ng iba't ibang populasyon. Ang mga mineral na luad ay malapit ding pinag-aralan para sa hitsura ng mga organikong molekula. Gayunpaman, ang isang pinag-isang modelo ng ebolusyon ng kemikal ay hindi pa umiiral, dahil ang mga pangunahing prinsipyo ng paggalaw ng prosesong ito ay hindi pa natuklasan.
Ang pagkakaisa ng pinagmulan ng buhay sa Earth at ang mga dahilan para sa heterogeneity at pagkakaiba-iba ng mga buhay na organismo
Ginawa:
estudyante syempre
Faculty ng Heograpiya
gr. BI - 11
Frolova Alla Alexandrovna
Ulyanovsk, 2014
Kabanata I. Pagkakaisa ng pinagmulan. 3
1. 1. Prebiological (kemikal) evolution. 3
1. 2. Pangunahing yugto ng ebolusyon ng kemikal. 3
Kabanata II. Mga sanhi ng heterogeneity at pagkakaiba-iba. 7
Mga Gamit na Aklat. 10
Kabanata I. Pagkakaisa ng pinagmulan.
Prebiological (kemikal) evolution.
Ayon sa karamihan ng mga siyentipiko (pangunahin ang mga astronomo at geologist), ang Earth ay nabuo bilang isang celestial body mga 5 bilyong taon na ang nakalilipas. sa pamamagitan ng condensation ng mga particle ng isang gas at dust cloud na umiikot sa paligid ng Araw.
Ang pagbabawas ng likas na katangian ng pangunahing kapaligiran ng Earth ay napakahalaga para sa pinagmulan ng buhay, dahil ang mga sangkap sa isang pinababang estado sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa, na bumubuo ng mga organikong molekula. Ang kawalan ng libreng oxygen sa atmospera ng pangunahing Earth (halos lahat ng oxygen ng Earth ay nakatali sa anyo ng mga oxide) ay isa ring mahalagang kinakailangan para sa paglitaw ng buhay, dahil ang oxygen ay madaling mag-oxidize at sa gayon ay sumisira sa mga organikong compound. Samakatuwid, sa pagkakaroon ng libreng oxygen sa atmospera, ang akumulasyon ng isang malaking halaga ng organikong bagay sa sinaunang Earth ay imposible.
Ang mga pangunahing yugto ng ebolusyon ng kemikal.
Kapag ang temperatura ng pangunahing atmospera ay umabot sa 1000°C, ang synthesis ng mga simpleng organikong molekula ay nagsisimula dito, tulad ng mga amino acid, nucleotides, fatty acid, simpleng sugars, polyhydric alcohol, organic acids, atbp. Ang enerhiya para sa synthesis ay ibinibigay ng paglabas ng kidlat, aktibidad ng bulkan, hard space radiation at, sa wakas, ang ultraviolet radiation ng Araw, kung saan ang Earth ay hindi pa protektado ng ozone screen.
Kapag ang temperatura ng pangunahing atmospera ay bumaba sa ibaba 100 ° C, ang mga mainit na ulan ay bumagsak sa Earth at ang pangunahing karagatan ay lumitaw. Sa mga daloy ng ulan, ang abiogenically synthesized na mga organikong sangkap ay pumasok sa pangunahing karagatan, na naging isang dilute na "pangunahing sopas". Tila, nasa pangunahing karagatan na nagsisimula ang mga proseso ng pagbuo mula sa mga simpleng organikong molekula - mga monomer ng kumplikadong mga organikong molekula - mga biopolymer.
Ang pagbuo ng mga biopolymer (sa partikular, ang mga protina mula sa mga amino acid) ay maaari ding mangyari sa atmospera sa temperatura na humigit-kumulang 180°C. Bilang karagdagan, posible na sa sinaunang Earth, ang mga amino acid ay puro sa pagpapatuyo ng mga reservoir at polymerized sa isang tuyo na anyo sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet light at ang init ng mga daloy ng lava.
Ang polimerisasyon ng mga nucleotides ay mas madali kaysa sa polimerisasyon ng mga amino acid. Ipinakita na sa mga solusyon na may mataas na konsentrasyon ng asin, ang mga indibidwal na nucleotide ay kusang nag-polymerize, na nagiging mga nucleic acid.
Ang buhay ng lahat ng modernong buhay na nilalang ay isang proseso ng patuloy na pakikipag-ugnayan ng pinakamahalagang biopolymer ng isang buhay na selula - mga protina at nucleic acid.
Kaya, ang misteryo ng pinagmulan ng buhay ay ang misteryo ng paglitaw ng mekanismo ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga protina at nucleic acid.
Saan naganap ang pagbuo ng isang kumplikadong proseso ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga protina at nucleic acid? Ayon sa teorya ng A.I. Ang Oparin, ang tinatawag na coacervate drops ay naging lugar ng kapanganakan ng buhay.
Hypothesis ng paglitaw ng pakikipag-ugnayan ng mga protina at nucleic acid:
Ang kababalaghan ng coacervation ay na sa ilalim ng ilang mga kundisyon (halimbawa, sa pagkakaroon ng mga electrolytes), ang mga macromolecular na sangkap ay pinaghihiwalay mula sa solusyon, ngunit hindi sa anyo ng isang namuo, ngunit sa anyo ng isang mas puro solusyon - coacervate. Kapag inalog, ang coacervate ay nahahati sa magkakahiwalay na maliliit na patak. Sa tubig, ang mga naturang patak ay natatakpan ng isang hydration shell na nagpapatatag sa kanila (isang shell ng mga molekula ng tubig) - fig. 2.4.1.4.
Ang mga patak ng Coacervate ay may ilang pagkakahawig ng metabolismo: sa ilalim ng impluwensya ng purong pisikal at kemikal na puwersa, maaari nilang piliing sumipsip ng ilang mga sangkap mula sa solusyon at ilabas ang kanilang mga nabubulok na produkto sa kapaligiran. Dahil sa pumipili na konsentrasyon ng mga sangkap mula sa kapaligiran, maaari silang lumaki, ngunit kapag naabot nila ang isang tiyak na laki, nagsisimula silang "magparami", namumuko ng maliliit na patak, na, sa turn, ay maaaring lumaki at "mag-usbong".
Ang mga coacervate droplet na nagreresulta mula sa konsentrasyon ng mga solusyon sa protina sa panahon ng paghahalo sa ilalim ng pagkilos ng mga alon at hangin ay maaaring sakop ng isang shell ng mga lipid: isang solong lamad na kahawig ng sabon micelles (na may isang solong detatsment ng isang patak mula sa ibabaw ng tubig na natatakpan ng isang lipid layer), o isang dobleng kahawig ng isang cell membrane (na may paulit-ulit na pagbagsak ng isang patak na natatakpan ng isang single-layer lipid membrane papunta sa isang lipid film na sumasaklaw sa ibabaw ng isang reservoir).
Ang mga proseso ng paglitaw ng mga coacervate droplets, ang kanilang paglaki at "budding", pati na rin ang "pagdamit" sa kanila ng isang lamad mula sa isang double lipid layer ay madaling na-modelo sa laboratoryo.
Para sa mga coacervate droplets, mayroon ding proseso ng "natural selection" kung saan ang pinaka-matatag na droplet ay nananatili sa solusyon.
Sa kabila ng panlabas na pagkakahawig ng mga patak ng coacervate sa mga buhay na selula, ang mga patak ng coacervate ay kulang sa pangunahing tanda ng isang buhay na bagay - ang kakayahan para sa tumpak na pagpaparami ng sarili, pagkopya sa sarili. Malinaw, ang mga precursor ng mga buhay na selula ay tulad ng mga coacervate na patak, na kinabibilangan ng mga complex ng replicator molecules (RNA o DNA) at ang mga protina na kanilang na-encode. Posible na ang mga RNA-protein complex ay umiral nang mahabang panahon sa labas ng mga coacervate droplet sa anyo ng tinatawag na "free-living gene", o posible na ang kanilang pagbuo ay naganap nang direkta sa loob ng ilang coacervate droplets.
Mula sa isang makasaysayang pananaw, ang sobrang kumplikadong proseso ng pinagmulan ng buhay sa Earth, na hindi lubos na nauunawaan ng modernong agham, ay lumipas nang napakabilis. Para sa 3.5 bilyong taon, ang tinatawag na. Nagtapos ang ebolusyon ng kemikal sa paglitaw ng mga unang nabubuhay na selula at nagsimula ang biological evolution . (URL: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/proishozhdenie-zhizni (petsa ng access: 28.09.2014).