€горь Љондрашин - „иалектика Њатерии (

не будем останавливатьсЯ на его описании. ‡десь важно только еще раз подчеркнуть, что, какое бы строение ни имели высокомолекулЯрные соединениЯ, какова бы ни была их структура, мы всегда сможем определить в них невидимые фн. Ячейки и занимающие их реальные фщ. единицы различных подуровней, то есть различные атомы, молекулы и т.д. ‚ыпадение фщ. единицы из той или иной фн. Ячейки или заполнение ее несоответствующей ей фщ. единицей в любом случае приведет к нарушению структуры данной системы, либо изменению ее фн. свойств.

‚ свЯзи со сложностью их структурного построениЯ и наличиЯ множества свЯзей все высокомолекулЯрные соединениЯ существуют лишь в конденсированном состоЯнии - твердом или жидком. Ћднако, по фазовому состоЯнию они больше соответствуют структуре жидкости, котораЯ вследствие высокой вЯзкости представлЯетсЯ нам в большинстве случаев твердым телом.

Ћсобую подгруппу системных образований подуровнЯ … составлЯют комплексные соединениЯ, очень разнообразные как по строению, так и по фн. свойствам. Ћднако в развитии материальной субстанции на рассматриваемом оргуровне они играют более второстепенную, или скорее, вспомогательную роль. ‚ дальнейшем, на уровнЯх более высокой организации, их роль возрастает. ‚ частности, такие важнейшие природные соединениЯ, определЯющие †изнь на ‡емле, как гемоглобин и хлорофилл, относЯтсЯ к внутрикомплексным соединениЯм. ‘труктура их Ядер одинакова, только у хлорофилла фн. Ячейку комплексообразователЯ занимает Mg²⁺, а у гемоглобина Fe²⁺. Џо двум вакантным координационным местам в свободные фн. Ячейки к этим комплексообразователЯм легко присоединЯютсЯ еще две молекулы других веществ. ’ак, в гемоглобине по одну сторону плоскости хелата железом свЯзана молекула белка глобина, а по другую сторону - молекула кислорода, благодарЯ чему это соединение и ЯвлЯетсЯ переносчиком кислорода.

”ункциональное развитие Њатерии в подуровне … и поЯвление новых структурных образований происходило и происходит за счет разнообразного превращениЯ веществ путем перераспределениЯ электронных плотностей между составлЯющими их атомами, что приводит к разрыву старых и образованию новых внутриструктурных свЯзей. Ћднако достаточно вспомнить такие химические превращениЯ, как взрыв пороха и ржавление железа, чтобы утверждать, что различные структурные изменениЯ протекают с самыми различными скоростЯми - от крайне высоких до очень низких. Џричиной этому ЯвлЯютсЯ специфические особенности каждого перестроениЯ, зависЯщие от сбалансированного распространениЯ новообразованной структуры (

) в пространстве-времени (

) при данных условиЯх, а также качественной характеристики участвующих в реакции фщ. единиц.

€нтервал времени протеканиЯ различных химических реакций на единицу пространства колеблетсЯ от долей секунды до минут, часов, дней. €звестны реакции, требующие длЯ своего протеканиЯ несколько лет, десЯтилетий и еще более длительных отрезков времени. …сли реакциЯ протекает в гомогенной системе, то она идет во всем объеме этой системы. ‚ результате реакции возникает, как правило, гетерогеннаЯ система:

H₂SO₄ + Na₂S₂O₃ = Na₂SO₄ + H₂O + SO₂ + S

Џримерами гомогенной системы может служить любаЯ однофазоваЯ смесь, жидкий раствор различных веществ. …сли реакциЯ протекает между веществами, образующими гетерогенную систему, то она может идти только на поверхности раздела фаз, образующих систему. ’ак, например, растворение металла в кислоте Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ может протекать только на поверхности металла, потому что только здесь соприкасаютсЯ друг с другом оба реагирующих вещества. ђезультатом реакции ЯвлЯетсЯ опЯть гетерогеннаЯ система, котораЯ в условиЯх отсутствиЯ замкнутости может путем освобождениЯ от одной из своих фаз стать гомогенной системой. ‚ качестве примеров гетерогенных систем можно привести следующие системы: вода со льдом, насыщенный раствор с осадком, сера в атмосфере воздуха. Ќа более высоких ступенЯх ђазвитиЯ Њатерии примерами гомогенных систем могут служить заросли функционально однотипных растений (лес, луговаЯ трава, фруктовые сады), объединенные группы функционально однотипных животных (стадо овец, стаЯ волков или обезьЯн). ѓетерогенными системами в этом случае будут: табун лошадей на лугу, бригада лесорубов в лесу, производственные предприЯтиЯ и т.п. €зучением условий, влиЯющих на скорости химических реакций, занимаетсЯ химическаЯ кинетика. Ќа более высоких ступенЯх ђазвитиЯ Њатерии эти вопросы должны быть отнесены соответственно к биологической и социальной кинетике.

Љ важнейшим факторам, влиЯющим на скорости реакций, протекающих в системах уровнЯ …, относЯтсЯ следующие: функциональные особенности реагирующих веществ, их концентрации, температура, присутствие в системе катализаторов. ‘корости некоторых гетерогенных реакций зависЯт также от интенсивности движениЯ жидкости или газа около поверхности, на которой происходит реакциЯ. Џри вступлении в реакцию фщ. единиц двух различных веществ образуютсЯ фщ. единицы третьего, четвертого и т.д. вещества, которые заполнЯют соответствующие им фн. Ячейки, хотЯ теоретически процесс представлЯетсЯ в обратном порЯдке: вначале поЯвлЯетсЯ невидимаЯ фн. Ячейка ‚ нового качества, затем происходит сближение Явных фщ. единиц а и б и образование новой фщ. единицы в, котораЯ заполнЯет фн. Ячейку ‚. Џоэтому скорости реакций зависЯт от способности реагирующих веществ образовывать новые фщ. единицы в силу своего структурного строениЯ, то есть пространственного расположениЯ и взаимной свЯзи исходных фщ. единиц качественных подуровней, от пропорции и количества фщ. единиц а и б, вступающих в реакции, что характеризуетсЯ их концентрацией.

Ќеобходимым условием того, чтобы между частицами (молекулами, ионами) исходных веществ произошло химическое взаимодействие, ЯвлЯетсЯ их взаимное сближение и столкновение друг с другом (соударение). ’очнее говорЯ, частицы должны сблизитьсЯ друг с другом настолько, чтобы атомы одной из них испытывали бы действие электрических полей, создаваемых атомами другой. ’олько при этом станут возможны те переходы электронов и перегруппировки атомов, в результате которых образуютсЯ молекулы новых веществ - продуктов реакции. Ћднако не всЯкое столкновение молекул реагирующих веществ приводит к образованию продукта реакции. „лЯ того, чтобы произошла реакциЯ, то есть чтобы образовались новые молекулы, необходимо сначала разорвать или ослабить свЯзи между атомами в молекулах исходных веществ. Ќа это надо затратить определенную энергию. …сли сталкивающиесЯ молекулы не обладают такой энергией, то их столкновение не приведет к образованию новой молекулы: столкнувшись, они разлетаютсЯ в разные стороны, как упругие шары.

…сли же кинетическаЯ энергиЯ сталкивающихсЯ молекул достаточна длЯ ослаблениЯ или разрыва свЯзей, то столкновение может привести к перестройке атомов и к образованию молекулы нового вещества. Џоэтому лишь молекулы, обладающие избытком энергии по сравнению со средним запасом энергии всех молекул, могут преодолеть такой "энергетический барьер", чтобы войти в химический контакт друг с другом. €збыточнаЯ энергиЯ, которой должны обладать молекулы длЯ того, чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества, называетсЯ энергией активации данной реакции. Њолекулы, обладающие такой энергией, называютсЯ активными молекулами. €збыточнаЯ энергиЯ этих молекул может быть поступательной или вращательной длЯ молекулы в целом, колебательной длЯ составлЯющих ее атомов, энергией возбуждениЯ длЯ электронов и т.д. „лЯ каждой конкретной реакции основное значение может иметь какаЯ-либо одна форма избыточной энергии. ‘ ростом температуры число активных молекул возрастает, вследствие чего и скорости химических реакций увеличиваютсЯ.

ќнергиЯ активации различных реакций различна. …е величина ЯвлЯетсЯ тем фактором, посредством которого сказываетсЯ влиЯние природы реагирующих веществ на скорость реакции. „лЯ некоторых реакций энергиЯ активации мала, длЯ других, наоборот, велика. …сли энергиЯ активации очень мала, то это означает, что значительнаЯ часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к реакции. ‘корость такой реакции велика. Ќапротив, если энергиЯ активации реакции очень велика, то это означает, что лишь очень малаЯ часть столкновений взаимодействующих частиц приводит к протеканию химической реакции. ‘корость подобной реакции очень мала.

ђеакции, требующие длЯ своего протеканиЯ заметной энергии активации, начинаютсЯ с разрыва или с ослаблениЯ свЯзей между атомами в молекулах исходных веществ. Џри этом вещества переходЯт в неустойчивое промежуточное состоЯние, характеризующеесЯ большим запасом энергии - активированный комплекс. €менно длЯ его образованиЯ и необходима энергиЯ активации. Ќеустойчивый активированный комплекс существует очень короткое времЯ. Ћн распадаетсЯ с образованием продуктов реакции, при этом энергиЯ выделЯетсЯ. ‚ простейшем случае активированный комплекс представлЯет собой конфигурацию атомов, в которой ослаблены старые свЯзи и образуютсЯ новые. Ђктивированный комплекс возникает в качестве промежуточного состоЯниЯ в ходе как прЯмой, так и обратной реакции. ќнергетически он отличаетсЯ от исходных веществ на величину энергии активации прЯмой реакции, а от конечных - на энергию активации обратной реакции. ЂктивациЯ молекул возможна при нагревании или растворении вещества, при выделении энергии в ходе самой реакции, при поглощении ими квантов излучениЯ (светового, радиоактивного, рентгеновского и т.п.), под действием ультразвука или электрического разрЯда и даже при ударах о стенку сосуда.

‘корость реакции часто зависит от присутствиЯ в системе "третьего" компонента, с которым реагенты могут образовывать активированный комплекс. Џри этом изменение скорости реакции происходит за счет изменениЯ энергии ее активации, так как промежуточные стадии процесса будут другими. „обавленный компонент, называемый катализатором, после разрушениЯ активированного комплекса не входит в состав продуктов реакции, поэтому общее уравнение процесса остаетсЯ прежним. ‚ большинстве случаев действие катализатора объЯснЯетсЯ тем, что он снижает энергию активации реакции. ‚ присутствии катализатора реакциЯ проходит через другие промежуточные стадии, чем без него, причем эти стадии энергетически более доступны. €наче говорЯ, в присутствии катализатора возникают другие активированные комплексы, причем длЯ их образованиЯ требуетсЯ меньше энергии, чем длЯ образованиЯ активированных комплексов, возникающих без катализатора. ’аким образом энергиЯ активации реакции понижаетсЯ - некоторые молекулы, энергиЯ которых была недостаточна длЯ активных столкновений, теперь оказываютсЯ активными.

…сли реакциЯ A + B

AB протекает с малой скоростью, то можно найти вещество K, которое с одним из реагентов образует активированный комплекс, взаимодействующий в свою очередь с другим реагентом:

A + B [A... K]; [A... K] + B AB + K

…сли энергии активации этих стадий ниже энергии активации процесса в отсутствие K, то общаЯ скорость процесса значительно возрастает, и такой катализ называетсЯ положительным. ‚ противном случае скорость процесса уменьшитсЯ и катализ будет отрицательным. ’аким образом, катализатор - это вещество, изменЯющее скорость реакции и остающеесЯ после нее химически неизменным. Љатализатор, присутствующий в системе в количествах, в тысЯчи раз меньших, чем реагенты, может в сотни, в тысЯчи и в миллионы раз изменЯть скорость реакции. ‚ некоторых случаЯх под действием катализаторов могут возбуждатьсЯ такие реакции, которые без них в данных условиЯх практически не протекают. ‚месте с тем, с помощью катализатора можно изменить скорость лишь термодинамически возможного процесса. „лЯ замедлениЯ нежелательных процессов или длЯ приданиЯ реакциЯм более спокойного характера используютсЯ отрицательные катализаторы.

ђазличают гомогенный и гетерогенный катализ. ‚ случае гомогенного катализа катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу (газ или раствор). ‚ случае гетерогенного катализа катализатор находитсЯ в системе в виде самостоЯтельной фазы и реакциЯ протекает на его поверхности.

Ћчень большую роль играет катализ в биологических системах. Ђктивными катализаторами биологического действиЯ ЯвлЯютсЯ ферменты - простые и сложные белки с большой молекулЯрной массой. Ѓольшинство химических реакций, протекающих в пищеварительной системе, в крови и клетках животных и человека, ЯвлЯютсЯ каталитическими реакциЯми. ’ак, слюна содержит фермент птиалин, который катализирует превращение крахмала в сахар. ”ермент, имеющийсЯ в желудке - пепсин - катализирует расщепление белков. Џоловина от имеющегосЯ количества мочевины при 25^oC в обычных условиЯх разлагаетсЯ водой за 3200 лет, а в присутствии фермента уреазы времЯ ее "полупревращениЯ" при той же температуре составлЯет 10^-4 сек. ‚сего в организме человека функционирует свыше 30 тыс. различных ферментов; каждый из них служит эффективным катализатором соответствующей реакции.

ђассматриваЯ гетерогенные реакции, нетрудно заметить, что они тесно свЯзаны с процессами перемещениЯ фщ. единиц веществ, вступающих в реакцию, и новых веществ. ’ак, длЯ осуществлениЯ постоЯнного процесса горениЯ углЯ необходимо, чтобы диоксид углерода, образующийсЯ при этой реакции, все времЯ удалЯлсЯ бы от поверхности углЯ, а новые количества кислорода подходили бы к ней. Џоэтому в ходе гетерогенной реакции можно выделить по меньшей мере три стадии:

1) подвод реагирующих веществ;

2) химическаЯ реакциЯ;

3) отвод продуктов реакции.

‘корость химической реакции, которую в свою очередь можно разбить на подстадии, определЯетсЯ скоростью наиболее медленной подстадии. ‘тадиЯ, определЯющаЯ скорость протеканиЯ всей реакции в целом, называетсЯ лимитирующей стадией. ‚ одном случае это может быть отвод или подвод веществ, в другом - собственно химическаЯ реакциЯ.

‚се химические реакции делЯтсЯ на необратимые и обратимые. Ќеобратимые реакции протекают до конца - до полного израсходованиЯ одного из реагирующих веществ. Ћбратимые реакции протекают не до конца: при обратимой реакции ни одно из реагирующих веществ не расходуетсЯ полностью. Џоэтому необратимаЯ реакциЯ может протекать только в одном направлении, обратимаЯ - как в прЯмом, так и в обратном направлениЯх. ‚ начале обратимой реакции, при смешении исходных веществ, скорость прЯмой реакции велика, а скорость обратной - равна нулю. Џо мере протеканиЯ реакции исходные вещества расходуютсЯ и их концентрации падают. ‚ результате этого уменьшаетсЯ скорость прЯмой реакции. Ћдновременно поЯвлЯютсЯ продукты реакции и их концентрациЯ возрастает. ‚следствие этого начинает идти обратнаЯ реакциЯ, причем ее скорость постепенно увеличиваетсЯ. Љогда скорости прЯмой и обратной реакций становЯтсЯ одинаковыми, наступает химическое (динамическое) равновесие.

€зменЯЯ условиЯ, в которых пребывает система, - концентрацию веществ, давление, температуру - можно изменЯть скорости прЯмой и обратной реакций. ’огда равновесие в системе нарушаетсЯ и сдвигаетсЯ в сторону той реакции, скорость которой стала больше. ’ак, при увеличении концентрации реагентов скорость прЯмой реакции, естественно, возрастает и равновесие смещаетсЯ в сторону прЯмой реакции, в сторону большего выхода продуктов. Ѓольшего выхода продуктов можно добитьсЯ и при систематическом выведении их из сферы реакции, приводЯщем к снижению их концентрации в системе и к уменьшению скорости обратной реакции по сравнению с прЯмой. „лЯ химических систем, содержащих газообразные вещества, изменение давлениЯ оказывает на смещение равновесиЯ влиЯние, аналогичное изменению концентрации газов. Џри этом в большей мере изменЯетсЯ скорость той реакции, в которой учавствует большее количество молекул газов. €зменение температуры оказывает влиЯние на сдвиг химического равновесиЯ длЯ процессов, сопровождающихсЯ тепловыми эффектами. …сли прЯмаЯ реакциЯ экзотермична, то обратнаЯ - эндотермична, и наоборот. „лЯ обратимых реакций энергиЯ активации эндотермического процесса больше энергии активации экзотермического процесса. ‚ свою очередь, чем больше E_акт., тем сильнее зависит скорость реакции от температуры. ‘ледовательно, увеличение температуры смещает химическое равновесие в сторону эндотермичной реакции, в результате которой поглощаетсЯ теплота и система охлаждаетсЯ.

‘опоставлЯЯ изменениЯ условий, при которых находитсЯ химическаЯ система, с ее ответной реакцией на внешнее воздействие, проЯвлЯющейсЯ в смещении химического равновесиЯ, нетрудно заметить, что эта реакциЯ всегда оказываетсЯ противоположной изменению условиЯ. ’ак, если уменьшают концентрацию какого-либо из веществ, находЯщегосЯ в равновесии с другими реагирующими веществами, то равновесие сдвигаетсЯ в сторону реакции, увеличивающей концентрацию этого вещества. Џри увеличении давлениЯ быстрее начинает идти процесс, понижающий его, а при увеличении температуры - процесс, вызывающий охлаждение системы. ќти наблюдениЯ составлЯют химическое содержание общего принципа поведениЯ систем, находЯщихсЯ при данных условиЯх в состоЯнии динамического равновесиЯ: если система, находЯщаЯсЯ в равновесии, подвергнута воздействию извне путем изменениЯ какого-либо из условий, определЯющих положение равновесиЯ, то равновесие в ней смещаетсЯ в сторону того процесса, который ведет к снижению эффекта произведенного воздействиЯ. ќто правило противодействиЯ известно под названием принципа ‹е ателье, сформулированного им в 1884 году.

€так, длЯ проведениЯ каждой химической реакции требуютсЯ строго определенные реагенты в количествах, обеспечивающих требуемое протекание реакции при заданном температурном и других режимах при определенной скорости, которую можно соразмерить с временными интервалами. Љроме того, каждаЯ химическаЯ реакциЯ, протекающаЯ при заданных условиЯх, имеет свою определенную системную конструкцию, представлЯющую сочетание фн. Ячеек, в определенные моменты заполнЯемые и освобождаемые соответствующими им фщ. единицами согласно с характерным длЯ данной реакции алгоритмом, отражающим моменты вступлениЯ в реакцию реагентов - фщ. единиц, их возможное чередование, при этом все это соотноситсЯ со строго определенными промежутками времени, зафиксированными независимым счетчиком времени.

“ровень †

‚се простейшие и сложные молекулЯрные соединениЯ уровней ѓ, „ и … рассредоточены вдоль поверхности ‡емного шара и в соответствии с их агрегатным состоЯнием входЯт в состав суши, океанов и атмосферы ‡емли.

ђазвитие Њатерии в подуровне † происходило за счет формированиЯ новых молекулЯрных соединений, наделЯвшихсЯ все новыми функциЯми в соответствии с движением Њатерии в качестве (

). „ифференциациЯ фн. Ячеек и образование новых фщ. единиц данного подуровнЯ происходили в процессе постоЯнного комбинированиЯ фн. Ячеек предшествующих подуровней, интеграционного варьированиЯ их структур, полураспада этих своеобразных микросистем на единицы нижних подуровней.

‚есь процесс ђазвитиЯ Њатерии в подуровне † протекал и до сих пор протекает вот уже более 5 млрд. лет в геосферах ‡емли - сферических оболочках различной плотности и состава. ѓлавными из них ЯвлЯютсЯ атмосфера, гидросфера и литосфера (земнаЯ кора), которые проникают одна в другую, находЯтсЯ в тесном взаимодействии, заключающемсЯ в обмене веществом и энергией, и представЯют единую систему, пронизываемую ‘олнечной радиацией.

‚нешней геосферой ‡емли ЯвлЯетсЯ атмосфера, котораЯ в свою очередь делитсЯ на три подслоЯ: тропосферу, стратосферу и ионосферу. ЉаждаЯ из этих субсфер характеризуетсЯ резко выраженными физическими особенностЯми и несет строго определенную функциональную нагрузку. ѓраницы между этими слоЯми выражены нерезко, а их высоты менЯютсЯ как со временем, так и с широтой места. ‚ерхнЯЯ граница тропосферы находитсЯ в пределах от 8 до 18 км. ’ропосфера объединЯет более 79% массы атмосферы. ‘тратосфера простираетсЯ до высоты около 80 км, составлЯЯ примерно 20% общей массы атмосферы. ‚ыше стратосферы расположена ионосфера, содержащаЯ менее 0,5% всей массы атмосферы.

’ропосфера, в которой сосредоточен почти весь водЯной пар, характеризуетсЯ почти полной прозрачностью по отношению к проходЯщей через нее коротковолновой солнечной радиации и значительным поглощением длинноволнового (теплового) излучениЯ ‡емли, вызываемым главным образом водЯным паром и облаками. Џоэтому тропосфера нагреваетсЯ преимущественно от земной поверхности, следствием чего ЯвлЯетсЯ падение температуры с высотой. ќто, в свою очередь, приводит к вертикальному перемешиванию воздуха, конденсации водЯного пара, образованию облаков и выпадению осадков. ‚ состав тропосферы входЯт (по объему): 78,08% азота; 20,95% кислорода; 0,93% аргона и около 0,03% углекислого газа. 0,01% составлЯют вместе водород, неон, гелий, криптон, ксенон, аммиак, перекись водорода, йод и др.

‘остав сухого воздуха в стратосфере отличаетсЯ весьма важной особенностью - возрастанием с высотой как общей концентрации, так и относительного содержаниЯ озона (трехатомного кислорода). Ћзон образуетсЯ в стратосфере в результате диссоциации молекул кислорода под действием ультрафиолетового излучениЯ ‘олнца и последующего соединениЯ образовавшегосЯ атома кислорода с другой молекулой кислорода. Ћзон расположен в атмосфере в виде рассеЯного слоЯ, простирающегосЯ от ‡емной поверхности примерно до 60 км. …сли весь озон в атмосфере сконцентрировать в виде слоЯ при наземном давлении, то образовалась бы пленка толщиной в 2 - 3 мм. ЌесмотрЯ на столь ничтожное количество, роль озона в атмосфере исключительно велика, вследствие чрезвычайно сильного поглощениЯ озоном как солнечной радиации, так и земного излучениЯ. ’ак, вследствие поглощениЯ озоном ультрафиолетовое излучение ‘олнца почти совершенно не доходит до тропосферы.

€оносфера - внешнЯЯ область атмосферы, на которую падает многообразное излучение ‘олнца и звезд. …е состав в основном представлен атомарным кислородом и рЯдом других веществ.

Њежду атмосферой и твердой каменной земной корой располагаетсЯ прерывистаЯ воднаЯ оболочка - гидросфера, покрывающаЯ в настоЯщее времЯ 70,8% (361 млн. кв. км) поверхности ‡емли. Ћна представлЯт собой совокупность океанов, морей и континентальных водных бассейнов. •имический состав гидросферы выражаетсЯ следующими цифрами: O - 85,82%, H - 10,72%, Cl - 1,9%, Na - 1,05%, Mg - 0,14%, S - 0,088%, Ca - 0,04%, K - 0,038% и т.д. ‚озраст гидросферы составлЯет не менее 2 млрд. лет. ‚ гидросфере впервые зародилась †изнь на ‡емле. ќволюциЯ организмов продолжалась здесь в течение всего докембриЯ, и лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. ѓлавной составной частью гидросферы ЯвлЯетсЯ вода - одно из самых распространенных на ‡емле веществ. Њного воды находитсЯ в газообразном состоЯнии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полЯрных областЯх. ‚ недрах ‡емли также находитсЯ вода, пропитывающаЯ почву и горные породы. ‚ода имеет довольно высокий коэффициент полифункциональности и несет на себе большой спектр выполнЯемых функций. џвлЯЯсь первой колыбелью происхождениЯ †изни, вода во всЯком организме представлЯет среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеЯтельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом рЯде биохимических реакций. ‚ виде различных растворов вода осуществлЯет функции перемещениЯ (транспортировки) различных фщ. единиц с места их синтеза до места функционированиЯ в структуре организма. Ѓудучи весьма реакционноспособным веществом, вода ЯвлЯетсЯ активным химическим реагентом; часто выполнЯет функции катализатора. ЋбладаЯ аномально высокой теплоемкостью, служит в качестве естественного теплоаккумулЯтора.

’вердое тело ‡емли имеет три основных геосферы: Ядро ‡емли, промежуточную оболочку и земную кору. ђадиус Ядра около 3500 км. ЏромежуточнаЯ оболочка заполнЯет пространство от поверхности Ядра до нижней поверхности земной коры и имеет толщину около 2900 км. ‡емнаЯ кора, или литосфера, ЯвлЯетсЯ верхней твердой оболочкой ‡емли толщиной 15 - 70 км; сверху она ограничена атмосферой и гидросферой. ‡емнаЯ кора имеет слоистое строение, различное в разных местах. ‘амое верхнее положение занимает осадочнаЯ оболочка (стратисфера). Ћна прерывиста, имеет мощность до 10 - 15 км и состоит из осадочных горных пород, среди которых преобладают глины и глинистые сланцы. Џески и песчаники, известнЯки и доломиты составлЯют меньшую ее часть.

”ормирование стратисферы началось еще в древнем докембрии и продолжаетсЯ до сих пор. Ћбщий возраст земной коры определЯетсЯ в 3 - 3,5 млрд. лет, однако возраст самых древних доступных наблюдению докембрийских геологических формаций несколько превышает 2 млрд. лет. ЋсадочнаЯ оболочка образовалась в результате длительного процесса дифференциации вещества литосферы под воздействием тектонических движений, ‘олнечной энергии и жизнедеЯтельности организмов. ќтот процесс сопровождалсЯ сложным обменом веществ между гранитной и базальтовой оболочками ‡емли, с одной стороны, и атмосферой и гидросферой - с другой. •имический состав стратисферы, в сумме с солевым составом океана, близок к среднему составу земной коры в целом.

‚ течение геологической истории ‡емли происходили закономерные изменениЯ внутреннего строениЯ и состава земной коры, рельефа ее поверхности, характера внешних и внутренних геологических процессов. ’ак, например, породы древнейшей архейской эры повсеместно сильно метаморфизованы (перекристаллизованы), пронизаны внедрениЯми магмы и смЯты в складки. Џо всей поверхности материков неоднократно возникали горы, которые потом разрушались. ‚ течение протерозоЯ и позднее материки, опускаЯсь, частично заливались морем и, поднимаЯсь, вновь превращались в сушу. Ћдновременно в различных местах происходили мощные движениЯ земной коры, в результате которых возникали многочисленные горные хребты, позднее разрушенные. ‘овременные внутренние геологические процессы проЯвлЯютсЯ:

1) в медленных поднЯтиЯх и опусканиЯх земной поверхности, скорость которых в горных областЯх достигает нескольких сантиметров в год, но обычно исчислЯетсЯ миллиметрами в год;

2) в резких движениЯх отдельных участков земной коры - землетрЯсениЯх;

3) в вулканических извержениЯх.

‚ результате вышеуказанных геологических процессов, а также при постоЯнном воздействии со стороны атмосферы (включаЯ солнечную и космическую радиации), гидросферы и биосферы на протЯжении двух млрд. лет происходило формирование основного слоЯ литосферы - почвы.

…е образование происходило из рыхлых горных пород, то есть фщ. единиц подуровней ѓ - …: глин, суглинков, супесей и песков, представлЯющих собой продукты выветриваниЯ магматических, метаморфических или плотных осадочных пород, залегающих на месте своего образованиЯ или, чаще, подвергшихсЯ переносу и переотложению (часто многократному) текучими водами или ветром. Џочва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) частей. ‚ составе твердой части основную долю по массе занимает обычно минеральнаЯ часть, представленнаЯ мелкими (чаще всего от 1 мм до десЯтых и сотых долей микрона) частицами различных минералов. ‚ состав почвы входЯт следующие химические соединениЯ (в убывающем порЯдке): SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, K₂O, Na₂O, MgO, CaO, CO₂, Cl, SO₄ и многие другие. Ќо наиболее ценной составной частью почвы ЯвлЯетсЯ гумус, или перегной - конечный результат фукнционального ђазвитиЯ Њатерии по оргуровню †. ‚ состав гумуса входЯт различные высокомолекулЯрные кислоты, среди которых наибольшее значение имеют группы гуминовых и ульминовх кислот и фульвокислот. Ћснову сложных молекул гуминовых кислот составлЯют цепочки ароматических Ядер типа двух- и трехчленных фенолов. Љ ним присоединены различные функциональные группы: карбоксильные, метоксильные, спиртовые и др.

‚се многочисленные химические соединениЯ подуровнЯ †, включаЯ и гумусовые вещества, представлЯют собой сложные системные образованиЯ, заключающие в свои фн. Ячейки фщ. единицы всех предыдущих подуровней от а до „. ЉаждаЯ из этих частиц в виде определенным образом организованных структур Њатерии несет на своем оргуровне различные функциональные нагрузки, значительно отличающиесЯ друг от друга. Ћднако, как это было и на предыдущих этапах ђазвитиЯ Њатерии, каждое устоЯвшеесЯ системообразование подуровнЯ † в определенный момент становитсЯ фщ. единицей следующего оргуровнЯ - ‡ (биосферы). € как только острие невидимой линии тензора ђазвитиЯ Њатерии переместилось из уровнЯ † в уровень ‡, сразу же уровень † осталсЯ за пределами области актуального ђазвитиЯ Њатерии и стал, как и все предыдущие оргуровни, поставщиком функциональных полуфабрикатов - фщ. единиц своего подуровнЯ - длЯ построениЯ фн. систем уровнЯ ‡.

‘воеобразным аккумулЯтором этих полуфабрикатов и служит гумусовый горизонт почвы, состоЯщий главным образом из ее органического вещества. џвлЯЯсь самым верхним слоем почвы и непосредственно соприкасаЯсь с атмосферой и, частично, с гидросферой, гумусовый горизонт имеет относительно небольшую толщину. Ћна колеблетсЯ в разных почвах от нескольких сантиметров до одного, иногда до 1,5 м. ‚ районах пустынь, полупустынь, гор и т.п. гумусовый горизонт практически отсутствует. Ќо и там, где он значителен, содержание гумуса в верхней части гумусового горизонта - от десЯтых долей процента до 15 - 18%. ’аким образом, образование, функционирование и развитие фн. систем и фщ. единиц всех последующих оргуровней Њатерии находитсЯ в прЯмой зависимости от количественного состава полуфабрикатов, находЯщихсЯ в гумусовом горизонте - аккумулЯторе. Ђ так как этот аккумулЯтор многие миллионы лет имеет практически неизменную площадь (

), он и ЯвлЯетсЯ одним из основных естественных регулЯторов численности всего живого на ‡емле в точно такой же степени, в какой само все живое на ‡емле во избежание худших последствий должно саморегулировать свою численность в соответствии с возможностЯми этой ступени системной организации Њатерии.

[ Ћглавление ] [ Џродолжение текста ]

€горь Љондрашин - „иалектика Њатерии (—асть 3, продолжение)

[ Ћглавление ]

€горь Љондрашин
„иалектика Њатерии

„иалектический генезис материальных систем
(продолжение)

“ровень ‡

“словно разграничиваЯ каскадные ступени ђазвитиЯ Њатерии, необходимо четко себе представлЯть, что начало этапа фн. развитиЯ Њатерии по каждому последующему оргуровню и прекращение ее развитиЯ по предыдущему значительное времЯ протекают параллельно, одновременно одно с другим. Ћбразование и накопление гумусового слоЯ почвы на ‡емле происходило в течение многих сотен миллионов лет. Џри этом процесс протекал одновременно с началом развитиЯ биосферы и поЯвлением †изни на нашей планете. ”ормирование биосферы шло главным образом по пути синтеза фщ. единиц гумусового горизонта почвы, который накапливает и хранит фн. системы - комплексы оргуровнЯ †, ставшими на определенном этапе фщ. единицами уровнЯ ‡, из которых, в свою очередь, впоследствии началось образование систем данного подуровнЯ - аминокислот, белков и других внутриклеточных структур.

   ‚се это произошло в период, когда, как известно, углеводороды и их простейшие кислородные и азотистые производные, возникшие на поверхности ‡емли, находЯсь в водном растворе - в первичной земной гидросфере, - в силу действиЯ законов движениЯ Њатерии в качестве () постепенно вовлекались в реакции полимеризации и конденсации и таким путем все более интегрировались в разнообразные сложные органические соединениЯ, имевшие различные функциональные свойства. ‚ этой смеси органических веществ возникли, в частности, и аминокислоты. „альнейшаЯ структурнаЯ интеграциЯ этих фн. систем по схеме:

привела к созданию коацерватных капель - индивидуальных белковых комплексов, отделенных от окружающей среды определенно выраженной поверхностью.

   ‚ коацерватных каплЯх, как и в любой фн. системе Њатерии данного организационного уровнЯ, постоЯнно протекают химические процессы синтеза и распада. Ћднако времЯ протеканиЯ каждой отдельной реакции под влиЯнием включенных в систему катализаторов настолько мало, а частота реакций настолько велика, что процессы длЯтсЯ практически беспрерывно. Ћт этого создаетсЯ впечатление "живости" рассматриваемого объекта. ’аким образом, скорости синтеза и распада высокомолекулЯрных органических соединений ЯвлЯютсЯ основой функционированиЯ всех существующих жизненных систем, при этом каждаЯ из протекающих реакций имеет свой строго определенный алгоритм. ‘оотношение частоты и скоростей указанных процессов зависит от индивидуального состава и организации каждой данной системы, а также ее взаимодействиЯ с условиЯми окружающей среды. …сли в этом соотношении соблюдаетсЯ баланс, коацерватнаЯ каплЯ, как и любаЯ система, приобретает динамически устойчивый характер. ‚ случае, если в ней преобладает скорость и частота синтетических реакций, она растет. ‚ противом случае она распадаетсЯ на составлЯющие фщ. единицы. ’аким образом, существует теснаЯ свЯзь между индивидуальной системной организацией данной коацерватной капли, теми химическими превращениЯми, которые совершаютсЯ в ней в соответствии с определенными длЯ ее фн. Ячеек алгоритмами, и ее дальнейшей судьбой в данных условиЯх существованиЯ.

   ‚ первичной земной гидросфере коацерватные капли, образовавшиесЯ путем синтеза белковых молекул, плавали не просто в воде, а в растворе разнообразных органических и неорганических веществ, то есть готовых фщ. единиц (уровней … - †). ‚ соответствии с законами движениЯ Њатерии в качестве () происходила дальнейшаЯ интеграциЯ их структур параллельно с дифференциацией и ростом количества входЯщих в их систему фн. Ячеек. Ћднако это осуществлЯлось в течение длительного отбора и только в отношении тех капель, индивидуальнаЯ системнаЯ организациЯ которых обусловливала их динамическую устойчивость в данных условиЯх внешней среды и изменение фн. качеств по пути образованиЯ ими новых фщ. единиц более высокого организационного уровнЯ. ’олько такие коацерватные капли могли длительно существовать, расти и разделЯтьсЯ на "дочерние" образованиЯ. ’е же капли, в которых при данных условиЯх внешней среды химические изменениЯ не вели к дальнейшему усложнению системной структуры, выполнЯли функцию временного аккумулЯтора фщ. единиц …, то есть создавались под влиЯнием аккумулЯтивного фактора системного развитиЯ и через определенный период времени функционированиЯ распадались на составлЯющие фн. комплексы нижних подуровней, прекращаЯ свое существование в качестве системного образованиЯ данного оргуровнЯ. ’аким образом, как и в любом процессе системной организации, коацерватные капли в зависимости от организующего их фактора разделились на функционально-активные и функционально-пассивные. Џоследние, хотЯ и не могли играть существенной роли в дальнейшем развитии белковых тел, все же ЯвлЯлись необходимыми длЯ того периода времени, так как выполнЯли соответствующие им функции. ’ак, уже в самом процессе становлениЯ †изни возникла новаЯ закономерность, котораЯ напоминает некий "естественный отбор" индивидуальных белковых комплексов. Џод строгим контролем этого отбора шла всЯ дальнейшаЯ эволюциЯ белковых коацерватов путем постоЯнного совершенствованиЯ структур их фн. Ячеек. €менно поэтому в них создавалась та взаимосогласованность Явлений (то есть все более обновлЯлсЯ и усложнЯлсЯ набор фн. алгоритмов), та приспособленность внутреннего строениЯ к выполнению жизненных функций в данных условиЯх внешней среды, котораЯ характерна длЯ организации всех живых существ. ‘равнительное изучение обмена веществ у современных примитивных организмов показывает, как на изложенной основе постепенно складывалсЯ высокоорганизованный порЯдок Явлений, который свойственен всем живым существам и который протекал в полном соответствии с общей теорией развивающихсЯ систем. ’ак на определенной стадии ђазвитиЯ Њатерии возникла †изнь на ‡емле, представленнаЯ на нашей планете громадным числом отдельных индивидуальных систем - организмов. "Ќаша дефинициЯ жизни, - писал ”. ќнгельс в "Ђнти-„юринге", - разумеетсЯ, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все ЯвлениЯ жизни, а, напротив, ограничиваетсЯ самыми общими и самыми простыми среди них... —тобы дать действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы ее проЯвлениЯ, от самой низшей до наивысшей".

   Љак известно, начало возникновениЯ простейших жизненных систем произошло около двух млрд. лет назад в протерозойскую эру. Џервичные живые существа зародились в воде в процессе продолжительного развитиЯ динамически устойчивых коацерватных капель, фн. комплексы которых включались в качестве составных частей в системы последующих оргуровней. ‚следствие этого уже на данном этапе ђазвитиЯ Њатерии наиболее полно проЯвилсЯ и продолжал свое дальнейшее совершенствование механизм построениЯ высокоорганизованных систем, один из основных принципов которого заключаетсЯ в заполнении фн. Ячеек системы не единичными фщ. единицами, а целыми блоками или комплексами их. Џод его действием фн. системы оргуровнЯ ‡ поглощали постоЯнно окружающие их белковые комплексы, "расщеплЯли" их и заполнЯли образовавшимисЯ блоками свободные фн. Ячейки своих структур, в конечном итоге синтезируЯ из них фщ. единицы более высокого оргуровнЯ. Џри этом энергиЯ, выделЯющаЯсЯ при расщеплении комплексов, использовалась в большей ее части на осуществление реакций синтеза. ‚се это, в конечном итоге, привело к древнейшим форм