4. Самоорганизация химических систем — основа химической эволюции

В литературе, посвященной химической эволюции, можно встретить иногда утверждение, что понятие и термин «хи-шическая эволюция» был введен в науку М. Кальвином в 1950-х (годах в его книге того же названия [6]. Однако сам М. Кальвин в (этой книге указывает, что уже у Ч. Дарвина была мысль о «хими­ческой» эволюции, приводящей от неорганического мира к жизни, |но он сознавал ограниченность научных знаний того времени. 'М. Кальвин приводит слова Ч. Дарвина: «Я преднамеренно отказал­ся от обсуждения вопроса о происхождении жизни, так как он при нынешнем состоянии наших знаний является ultra vires*...» [6,

' Ultra vires (лат.) — сверх сил.

185

с. 12]. Вместе с тем Дарвин предполагал, что в будущем эволюци­онный принцип позволит показать, что эволюционные законы жиз­ни являются частью, или следствием, некоторого более общего за­кона развития и неорганической, и живой материи. Очевидно, он имел в виду при этом закон, или принцип, отбора.

Во всяком случае эволюционное учение Дарвина, ставшее тео­ретическим фундаментом биологии, не могло не оказать влияния на развитие других отраслей естествознания. И несмотря на то, что у химии, благодаря могуществу ее структурных теорий и порази­тельным успехам органического синтеза, в течение длительного вре­мени не было нужды в решении вопросов, которые встали перед Дарвином, идеи химической эволюции проникли в нее преимущест­венно из биологии в связи с проблемой биогенеза. Именно таким путем появились биохимические теории эволюции добиологических систем А. И. Опарина, Дж. Холдейна, того же М. Кальвина и др.

Можно ли, однако, говорить, что эти теории объясняли или хо­тя бы описывали тот самый фрагмент истории природы, который имеет право называться химической эволюцией и быть аналогом биологической эволюции, ставшей предметом учения Дарвина? Вопрос этот очень важен, но отнюдь не прост. Ведь речь идет о кри­териях химической эволюции. Ответ на него, очевидно, может быть получен лишь посредством поиска каких-то параллелей между ли­ниями формирования дарвиновских идей о биологической эволюции и биохимических представлений о химической эволюции.

Как и всякое выдающееся событие науки, дарвинизм возник не на пустом месте. Не вдаваясь в подробности описания его истоков, здесь можно ограничиться напоминанием о наиболее весомых бло­ках, заложенных в фундамент дарвинизма. Как считают специали­сты в области теории биологической эволюции*, такими блоками были труды шведского натуралиста К. Линнея, французского учено­го Ж. Б. Ламарка и английского геолога Ч. Ляйеля.

Заслугой К. Линнея называют созданную им в 1730-е годы иерархическую «систему органического мира», располагающую объекты как растительного, так и животного царств по координате высоты их организации. За это линнеевскую классификацию назы­вают «эволюцией в пространстве».

Вклад Ж. Б. Ламарка в фундамент эволюционного учения со­стоит в том, что он в 1802—1806 гг. создал картину поступательно­го восхождения от низших видов к высшим. Имея палеонтологи­ческий опыт, Ламарк обратил особое внимание на «эволюцию во времени», хотя движущие факторы эволюции им вскрыты не были.

* В данном случае в качестве опорной работы взята статья профессора Н. Н. Воронцова [20], сотрудника Института биологии развития име­ни Н. К. Кольцова АН СССР, подготовленная им для специального выпуска Журн. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева, посвященного проблеме биогене­за и химической эволюции.

186

И, наконец, труды Ч. Ляйеля называют третьим источником формирования дарвинизма, потому что в них незадолго до появле­ния первых набросков теории происхождения видов Дарвина, в 1830—1833 гг., был сформулирован принцип актуализма в геологии, который послужил основанием первой теории «небиологической эволюции» Земли. Согласно этому принципу знание современных или актуальных факторов изменения земной поверхости (вулка­низм, горообразование, выветривание и т. д.) может служить клю­чом к объяснению всей истории Земли.

Ч. Дарвин синтезировал в своем учении все то рациональное, что содержалось в трудах К. Линнея, Ж -Б. Ламарка, Ч. Ляйеля. Он использовал, кроме того, идеи Т. Мальтуса о «борьбе за существо­вание», выделив две формы конкуренции биологических систем — внутривидовую и межвидовую. В результате этого биологические объекты впервые были расположены в иерархическом порядке по координатам пространства и времени. Но в то же время эволюцион­ное учение Дарвина нельзя не рассматривать как диалектическое отрицание предшествующих эволюционых теорий, так как все они описывали лишь какую-либо одну сторону эволюции и игнорирова­ли другие ее стороны. В конечном итоге весь додарвиновский эво­люционизм носил актуалистический характер, так как принимал в качестве критерия эволюционного процесса лишь факторы совре­менного состояния объектов. Поэтому он не мог адекватно пред­ставить и биологическую эволюцию. Дарвиновское же эволюцион­ное учение имело естественно-исторический характер; оно принима­ло за критерий эволюции биологических систем их саморазвитие, обусловленное вполне определенными движущими силами.

«Историческая заслуга Дарвина, — как считают современные специалисты в области теории эволюции, — состоит не в том, что он показал существование эволюционного процесса, а в том, что он вскрыл движущий фактор эволюции — естественный отбор и тем самым выявил причины биологической эволюции» [20, с. 297].

Если же теперь, ориентируясь на историю формирования дар­ виновского учения, рассмотреть ближе названные выше биохими­ ческие теории происхождения жизни, например теорию А. И. Опа­ рина, то окажется, что в них химическая эволюция является не столько природным объектом изучения, сколько гипотетической конструкцией, созданной в основном на принципах химического актуализма. '

Дело в том, что в биологии принцип актуализма имеет несрав­ненно более действенный характер, чем в химии. В биологии он вы­ступает в форме очевидного, хотя, может быть, и грубого различия между видами и потому приводит к более или менее адекватной их иерархии. Химия же пока не располагает каким-либо надежным мерилом высоты организации своих объектов — соединений. Она может однозначно указать только различия между простыми по

187

элементному составу и структуре соединениями и сложными, напри­мер такими:

Здесь во всех случаях слева представлены ансамбли простых молекул, а справа — макромолекулы и димер. Направление услож­нения в этих примерах является очевидным. Но можно ли всякую более сложную частицу считать в то же время и более высокоорга­низованной?

Чтобы ответить на этот вопрос, адепты биохимических теорий биогенеза обычно принимают за наиболее высокоорганизованные соединения те, которые входят в состав живых организмов: сахара и другие углеводы, жиры, аминокислоты, пептиды, полинуклеоти-ды, ферменты и т. д. На основании выделения таких соединений в качестве высокоорганизованных они строят варианты «химической эволюции», представляя ее как последовательность возможных ре­акций синтеза. Сахара образуются из простейших соединений:

Жиры легко и просто синтезируются из элементов, как о том поведал еще в 1840-е годы М. Бертло. Аденин получается из циа­нида калия, нуклеотиды — из аденина, цитидина, уридина. На осно­ве цианистого водорода, как утверждает М. Кальвин, можно полу­чать любые аминокислоты, пуриновые основания, порфирины. Для придания наибольшей вероятности синтезу блоков, составляющих живой организм, биохимические теории привлекают идеи использо­вания электрических разрядов, развитой поверхности коллоидных систем, катализ и аутокатализ.

Легко понять, что все варианты таких синтезов не только веро­ятны, но и реальны. Можно не обращаться к лабораторным экспе­риментам для их подтверждения, потому что уже в классическом органическом синтезе найдутся примеры образования в побочных продуктах сколь угодно сложных соединений с мизерными выхода­ми. А этого вполне достаточно для предположений об истинных пу­тях биосинтеза природных соединений in vivo. Однако нетрудно по­нять, что все попытки построения такого рода моделей химической эволюции не выходят за пределы гипотез, оставляющих в стороне вопоосы о закономеоностях химической эволюции, о ее движущих

188

силах, о факторах отбора элементов и структур высокоорганизован­ных соединений, о причинах самосборки блоков в единые системы» объединяющие биополимеры и биорегуляторы в одну целостность. В конечном итоге не дают они ответа и на вопрос о критериях вы­соты химической организации. Почему, например, аналогичные по сложности и по структуре геминовые (а) и фталоцианиновые (б) соединения имеют совершенно различное отношение к живой при­роде? Первые образуются в организме, а вторые являются синтети­ческими продуктами.

Вопросы: 1) о высоте химической организации (не о степени сложности состава), 2) об отборе элементов и структур, 3) о факто­рах этого отбора, т. е. о движущих силах химической эволюции,— это неотделимые друг от друга вопросы. Биохимические же теории происхождения жизни на Земле вырывают из них лишь один первый вопрос, оставляя в стороне другие. Но игнорируя факторы отбора, они оказываются бессильными решить и один первый вопрос. Имен­но поэтому и можно сказать, что их объектом является не химиче­ская эволюция, а только биосинтез in vivo, моделируемый посредст­вом органического синтеза in vitro.

Надо подчеркнуть далее, что неотделимыми друг от друга яв­ляются и такие две проблемы, как проблема биогенеза и проблема хемогенеза, если только последнюю понимать в смысле восхожде­ния собственно химических систем от низших к высшим. И дело не в том, что уже одна только постановка первой проблемы вызывает Необходимость решения второй. Дело в том, что начало биогенеза не может быть ничем иным, кроме завершения химической эволю­ции. Следовательно, адекватное решение проблемы хемогенеза как проблемы происхождения все более высокоорганизованных «хими­ческих популяций» есть в то же время и решение проблемы биоге­неза. Поэтому обе эти проблемы являются компетенцией химии и только химии, что в свое время предвидел Ф. Энгельс, одним из первых увидевший в этой науке зачатки историзма и утверждав­ший, что «химия подводит к органической жизни, и она продвину-

189

лась достаточно далеко вперед, чтобы гарантировать нам, что она одна объяснит нам диалектический переход к организму»*.

Задача заключается теперь в том, чтобы обе эти проблемы рас­сматривались в единстве и стояли не на голове, а на ногах: чтобы их решение основывалось не на одних лишь знаниях о готовом ма­териале, возникшем вследствие химической эволюции и принимае­мом за ее причины, а на изучении законов и, следовательно, истин­ных причин самоорганизации и саморазвития химических систем,— законов, которые позволят объяснить механизм хемогенеза во всей его полноте и, в частности, в том, что касается происхождения био­органических соединений.