МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ

Статья была написана в начале 1988 г. После этого авторы обнаружили интересные работы Николая Кольцова, Вальтера Нернста, Густава Лебона, Л.Ж. Гендерсона, Дж.Пиккарди, Александра Ферсмана, Уильяма Крукса, Тильдена, которые, к сожалению, не нашли должного отражения в данной статье. Кроме того, после публикации статьи появилась монография, посвященная данной проблеме. Статья оставлена без изменений, поскольку требуются радикальные изменения, но концептуальный подход у авторов не изменился.

В настоящее время перед естествознанием стоит задача выявления механизма закономерного, направленного характера развития материи в целом и каждой из основных ее форм, включая химическую. В общем виде проблема химической эволюции была сформулирована Ф. Энгельсом1. За последние 20 лет интерес к ней необычайно возрос, причем со стороны специалистов различных отраслей знания: астрофизики, космохимии, геологии, геохимии, биологии, биохимии, химии и философии. В данной статье на основе отечественной и зарубежной литературы предпринята попытка выяснения тех подходов в исследовании малоразработанных аспектов химической эволюции, которые наметились в последние десятилетия.

Анализ источников позволяет выделить три главных подхода к решению отмеченной проблемы: философский2, естественнонаучный 3, прикладной (технический) 4. Философский подход к проблеме охватывает весь комплекс вопросов, связанных с химической эволюцией, включая естественнонаучный и прикладной аспекты. Последние рассматриваются в методологической, онтологической и гносеологической плоскости.

Изучение химической эволюции ставит перед философией вопрос о закономерности, месте и роли химической формы движения материи в едином мировом процессе. Интересное решение предлагается в работах В. В. Орлова и Т. С. Васильевой, которые считают, что "химическое представляет собой одну из основных форм материи, имеющую относительно самостоятельный характер и не сводимую к ее ближайшему предшественнику - физической материи. Она обладает специфическим способом существования и развития - субстратным синтезом и является закономерным звеном единого мирового процесса. Природа химической формы материи может быть выяснена только в контексте всеобщего мирового процесса. Последний получает объяснение на основе познания каждого из своих составных моментов - физической, химической, биологической и социальной форм материи. Исследование природы, факторов и закономерностей развития химической реальности делает возможным глубокое познание смежных с нею форм материи - физической, биологической и социальной. Эвристический потенциал химического знания блестяще проявился при объяснении одного из сложнейших биологических феноменов - наследственности. Процесс взаимодействия и взаимного проникновения концепций физики, химии, биологии, наук о человеке получит в будущем более радикальный характер, с которым можно связать появление новых продуктивных идей как в химии, так и в других фундаментальных науках"б.

Таким образом, проблема химической эволюции оказалась как бы на перекрестке многих естественнонаучных и философских проблем. В частности, перед философией она поставила задачу более четкого определения таких понятий, как "эволюция", "движение", "развитие", "форма движения материи", "форма существования материи", "сложность", "иерархия", "структура", "система", "организация", "направленность", "время". Это в значительной мере стимулировало целый ряд философских исследовании. Сейчас перед химией и философией остро встал вопрос о специфике химического. В связи с этим большое значение для всей проблемы эволюции имеет выявление специфических черт химического пространства и химического времени. В смежных науках-геологии и биологии - проблеме времени до сих пор уделялось значительно больше внимания, не говоря уже о физике6. Работа над проблемой химической эволюции позволяет выявить границы онтологической и гносеологической редукции, решить проблему редук-ционизма, которая продолжает оставаться актуальной.

Анализируя философский аспект химической эволюции, необходимо отметить, что она рассматривается, главным образом, в контексте биогенеза. Данный же путь вряд ли является единственным, ибо с появлением живого химическая эволюция не прекращается, а, наоборот, интенсифицируется, так как возникают биогеохимические и техногенные процессы. Более того, неконтролируемое вторжение химии в природный круговорот веществ угрожает самому существованию биосферы, о чем в свое время писал В. И. Вернадский.

Обратимся к вопросу о классификации этапов химической эволюции. На наш взгляд, можно выделить следующие этапы:

1) астрофизический: синтез ядер химических элементов, синтез молекул в межзвездной среде;

2) космохимический: эволюция химических соединений на планетах, спутниках и кометах;

3) геохимический;

4) биогеохимический;

5) антропохимический.

Третий и четвертый этапы были выделены В. И. Вернадским, пятый (техногенный) - его учеником Ферсманом.

Данная классификация не претендует на полноту и завершенность, безусловно, она нуждается в дальнейшем уточнении. Так, некоторые авторы рассматривают первый этап как чисто физическую проблему, и поэтому его лишь с натяжкой можно отнести к процессу собственно химической эволюции7. Вместе с тем все ученые солидарны в том, что на каждом этапе действуют свои специфические законы. В силу этого естественнонаучное решение проблемы предполагает комплексный подход к изучению феномена химической эволюции.

По мере продвижения от первого этапа к пятому скорость химической эволюции возрастает. Этот вопрос, на наш взгляд, заслуживает особого внимания.

Своего рода промежуточным между философским и естественнонаучным подходами к рассматриваемой проблеме является историко-научный, позволяющий выявить пути проникновения идеи развития в химию и другие науки, наметить тенденции в развитии химической науки и технологии. Данный аспект проблемы подробно разработан В. И. Кузнецовым и А. А. Печенкиным, которые считают, "что эволюционная химия - это ближайшее всей химии, начало ее новой истории"8.

Остановимся на естественнонаучном подходе. Как уже отмечалось, каждому этапу химической эволюции свойственны свои закономерности, которые изучаются соответствующей научной дисциплиной. Наибольший же интерес представляет собственно процесс усложнения химических веществ вплоть до создания живого, т. е. биогенез. Под этим углом проблема анализируется в работах А. П. Руденко. Автор выделяет два подхода к ее решению: актуалисгический (биохимический) и естественноисторический. Первый подход к проблеме дает возможность рассмотреть химическую эволюцию ретроспективно, со стороны биологии, исходя из известных свойств существующего живого, т. е. на основе конечного результата химической эволюции. Такой путь решения проблемы, по мнению автора, заводит в тупик.

Ученым приводится следующая аргументация: "Хотя многие биополимеры были также синтезированы в абиогенных условиях... однако условия синтеза оказались резко отличными от условий, предполагающихся для возникновения жизни в водной среде. Все эти синтезы... имеют положительный потенциал Гиббса и требуют дополнительной затраты химической энергии, реальные источники которой неизвестны. Без дополнительной энергии эти синтезы не могут осуществиться, а имевшиеся биополимеры не смогли бы сохраниться длительное время, так как равновесие процесса в этих условиях сдвинуто в сторону их гидролиза. Еще большие трудности и противоречия возникают при объяснении последующих этапов молекулярной эволюции, ее причин, движущих сил, механизмов естественного отбора, происхождения генетического кода. Неясно, почему вообще происходит химическая эволюция и чем она отличается от неорганизованных химических процессов, почему для построения живого было использовано ограниченное число веществ из всех возможных, почему химическая эволюция приводит к системам, удаляющимся от равновесия, характерным свойством которых является стационарное неравновесие, а все остальные процессы приводят к равновесию и т. д."9

С подобными доводами трудно не согласиться. В то же время полностью отвергать эвристическую функцию биохимического подхода вряд ли целесообразно, поскольку он является важным для понимания биологической эволюции.

С точки зрения естественноисторического подхода все эти вопросы, как считает А. П. Руденко, вполне разрешимы. Данный подход был разработан им в рамках теории эволюционного катализа, которая показала существование особых объектов с неравновесной структурой и функциональной организацией (элементарных открытых каталитических систем - сокращенно ЭОКС), способных к прогрессивной химической эволюции. Теория эволюционного катализа установила также граничные условия существования и развития этих систем, выявила законы, причины и движущие силы их эволюции, механизм естественного отбора.

Думается, что вопрос о возникновении ЭОКС в природных условиях остается открытым. Решению же его может содействовать рассмотрение геохимического аспекта биогенеза. Е. Г. Куковский, например, пишет: "Динамичность воды как жидкой фазы по отношению к твердой фазе - породам формирующейся планеты легла в основу активизации глобального для всей земной поверхности геохимического процесса - гипергенеза... который создал своеобразную ассоциацию сорбционно и каталитически активных высокодисперсных минералов, чем предопределил вероятность и неизбежность биогенеза, завершившегося феноменом жизни. Поэтому принято считать, что вместилищами для аккумуляции и сохранения простейших органических молекул были частицы глин..." 10.

Е. Г. Куковский подчеркивает узость рамок термодинамических параметров, необходимых для обеспечения стабильной эволюции предбиологических систем. Возможно, созданию таких условий способствовал природный синтез каолинового ядра, а затем глин на его основе. В 20-е годы В. И. Вернадский писал: "Чрезвычайно характерен и недостаточно учитывается термический характер каолинового ядра. Каолиновое ядро - Al2Si2O7 - единственное алюмокремневое соединение, пока известное, которое образуется с поглощением тепла. Это эндотермическое соединение... Эндотермические соединения могут образовываться только в среде, обладающей большой свободной энергией"11.

Ныне значительно актуализировался прикладной аспект проблемы химической эволюции. В значительной мере это объясняется тем, что перед производством стоит задача создания экологически чистых технологий и новых материалов. "В ответ на требования самого высокоразвитого способа производства материальных благ, -подчеркивает В. И. Кузнецов, - химия переходит сейчас к новому -пятому - способу решения ее основной проблемы, открывающему пути использования в производстве материалов самых высокоорганизованных химических систем, какие только возможны в предбиологическом синтезе. Она начинает использовать каталитический опыт живой природы. Этот способ ложится в основу четвертой и последней концептуальной системы химической науки - эволюционной химии"12.

От успехов в деле развития эволюционной химии зависит создание новых биотехнологий, безотходных технологий, а также производств, в которых химические процессы протекают не только в экстремальных (высокие давления и температуры), но и в обычных условиях. Возможно, не последнее место будет за методами эволюционной химии в решении проблемы "воспроизводства природной среды искусственным путем, приспособления ее к масштабам и темпам технического прогресса" 13.

Анализ современного состояния проблем химической эволюции свидетельствует о том, что она вызывает стойкий интерес специалистов в различных областях знания. Достигнуты и определенные успехи: наметились направления философских и естественнонаучных исследований, осознана важность понимания эволюционных механизмов на химическом уровне для создания принципиально новых технологий. Вместе с тем остается целый ряд вопросов, требующих более глубокой проработки. В первую очередь - это проблема времени в химии. Здесь необходим всесторонний анализ - и философский, и естественнонаучный. Актуализируется и проблема более четкого определения черт химического процесса как стадии химической эволюции, что позволит глубже понять эволюцию материи. Разработка проблемы химической эволюции важна также для понимания современного вида периодической системы элементов Д. И. Менделеева, качественный и количественный состав которой требует дальнейшего объяснения.

Нецелесообразно пренебрегать и совершенно новыми подходами к химии. Так, Г. П. Башляр предлагает несубстанционалистскую, или нелавуазианскую, химию: "В то время как субстанция Лавуазье предстает в виде непрерывного, распределенного в пространстве существования, излучение, сущность нелавуазианская, предстает как существование существенно временное, как некая частота или временная структура. Поэтому можно было бы задать такой вопрос: не достаточно ли этой структурированной, вибрирующей энергии (функции некоего количества времени) для определения существования субстанции? В этом плане субстанция представляла бы собой не что иное, как систему из множества резонансов, некую совокупность ритмов, способную поглощать и испускать известное г-излучение. То есть можно было бы предвидеть в этом плане исключительно временное исследование веществ, которое стало бы дополнением к структурному исследованию" 14.

Возможно, новые подходы к химии позволят представить проблему химической эволюции в совершенно ином свете. Интересные замечания на этот счет содержатся в работах И. К. Пригожина, по мнению которого сейчас "эволюционная парадигма охватывает всю химию"15. "Химия, -пишет А. А. Печенкин, - традиционно граничила не только с физикой, но и с биологией. Поэтому проблематика эволюции и развития была ближе химии, чем физике. Когда были выдвинуты космогонические гипотезы, объясняющие происхождение Земли и других планет, и была создана биологическая теория эволюции, на химию легла задача навести мост между космологией и эволюционной биологией, описав и объяснив предбиологическую эволюцию. Но все же эволюционная проблематика долгое время находилась на периферии химической науки.

Сейчас положение изменилось. Вопрос о химической эволюции приобретает важное теоретическое и практическое значение, становится своеобразным стержнем, скрепляющим исследования в таких областях, как геохимия, космохимия, биохимия. В учении о катализе встает проблема освоения каталитического опыта живой природы - тех чрезвычайно тонких механизмов, посредством которых тысячелетиями осуществлялись химические процессы в растениях и животных. И наконец, с вопросом о химической эволюции связаны исследования процессов самоорганизации в нестационарных реакционных системах" 16. Таким образом, для химии проблема эволюции - это целая научно-исследовательская программа, которая ждет своей разработки.

ЛИТЕРАТУРА

1 Энгельс Ф. Диалектика природы // Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд. Т. 20. С. 564.

2 Васильева Т. С., Орлов В. В. Химическая форма материи. - Пермь, 1983; Васильева Т. С. Химическая форма материи и закономерный мировой процесс. - Красноярск, 1984.

3 Философия и социология науки и техники. - М., 1987; Химия и мировоззрение. - М., 1986.

4 Кузнецов В. И. Тенденции развития химии. - М., 1976; Философские проблемы глобальной экологии. М., 1983.

5 Васильева Т. С., Орлов В. В. Указ. соч. С. 168-169.

6 Комаров В. Е., Рязанова Г. Е. Пространство и время химического движения (вопросы методологии). - Саратов: 1984; Оноприенко В. И., Симаков К. В., Дмитриев А. Н. Методология и понятийный базис геохронологии. - К.: 1984; Трубников Н.Н. Время человеческого бытия. М., 1987.

7 Крамаровский Я. М., Чечев В. Я. Синтез элементов во Вселенной. М., 1987.

8 Кузнецов В. И. Указ. соч. С. 63.

9 Руденко А.П. Роль химии в решении проблемы химической эволюции и биогенеза//Химия и мировоззрение. - М., 1986. С. 270--271.

10 Куковский Е. Г. Геохимические аспекты биогенеза// Там же. С. 294.

11 Вернадский В. И. Основы геохимии. - М.: 1983. С. 142.

12 Кузнецов В.И. Указ. соч. С. 19.

13 Урсул А. Д., Семенюк Э. П., Мельник В.П. Технические науки и интегративные процессы. - Кишинев, 1987. С. 116.

14 Башляр Г. П. Новый рационализм. - М., 1987. С. 215-216.

15 Пригожин И.Р., Стенгерс И . Порядок из хаоса. - М., 1986. С. 61.

16 Печенкин А.А. Взаимодействие физики и химии - М., 1986. С. 191-192.

Философские проблемы современного естествознания.

Вып.70.- К.: Изд-во КГУ, 1989.