Теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем А. П. Руденко

По своей сути наука — это поиск истины.

Дж. Дж. Томсон

Живое вещество разделено на дискретные образова­ния - организмы, более простыми прообразами кото­рых являются элементарные каталитические системы А. П. Руденко. Теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем (ЭОКС) в общем ви­де была выдвинута профессором Московского уни­верситета А. П. Руденко в 1964 году и в развернутой форме появилась в 1969 году. Она является наиболее подробно разработанным вариантом общей теории хи­мической эволюции и биогенеза, решает в комплексе вопросы о движущих силах и механизме эволюцион­ного процесса, то есть о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур и их причинной обус­ловленности, об уровне химической организации и иерархии химических систем в процессе эволюции.

А. П. Руденко считает процесс химической эво­люции неотделимым от явления катализа, причем объектом служит не отдельная молекула, а каталитическая система.

Катализ - явление, связанное с изменением ско­рости протекания химических реакций с помощью специальных веществ, которые не расходуются в ходе реакции, не входят в состав продукта, но уско­ряют ход процессов иногда в тысячи раз.

Ряд химических процессов вообще невозможно про­вести без участия катализаторов. Наиболее сложным случаем катализа является автокатализ, возникающий при каталитическом воздействии продукта реакции на вступающие в нее исходные вещества. Таким образом, на химическом уровне организации материи возникает способность многократного самоускорения, изменения и развития.

Каталитические реакции исключительно разнооб­разны, многочисленны и являются главным предметом исследований современной химии.

Сущность теории А. П. Руденко состоит в том, что химическая эволюция представляет собой са­моразвитие каталитических систем, следователь­но, эволюционирующим веществом являются ка­тализаторы.

Свою теорию А. П. Руденко основывал на мультиплетной теории катализа академика А. А. Баландина.

Основные положения теории А. А. Баландина сводятся к трем выводам:

1. Катализатор увеличивает скорость реакции, то есть ка­тализ может быть только положительным.

2. Катализаторы способны ориентировать реакции в од­ном из возможных направлений.

3. Катализаторы химически взаимодействуют с реагента­ми и образуют промежуточный (мультиплетный) комплекс, обладающий свойствами переходного состояния (по иной тер­минологии - активированный комплекс).

А. П. Руденко называет такой промежуточный ком­плекс элементарной каталитической системой. Если ка­талитическая реакция сопровождается постоянным при­током извне новых реактивов, отводом готовых продук­тов и выполнением еще некоторых условий, реакция может протекать неограниченно долго, находясь на од­ном и том же стационарном уровне. Такие многократно возобновляемые комплексы приобретают статус эле­ментарных открытых каталитических систем.

Саморазвитие, самоорганизация и самоуско­рение каталитических систем происходит за счет постоянного притока трансформируемой энергии. Основным источником энергии является базисная реакция, следовательно, максимальное эволюционное преимущество получает каталитическая система, развивающаяся на базе реакции с самым большим тепловыделением. Базисная реакция яв­ляется не только источником энергии, необхо­димой для полезной работы в системе, которая направлена против равновесия, но и орудием от­бора наиболее прогрессивных эволюционных из­менений катализаторов.

В работах А. П. Руденко изложена детально разра­ботанная им теория открытых каталитических систем. Выделив четыре принципа описания процесса развития (вероятностный, кинетический, термодинамический и информационный), он сформулировал с их помощью основной закон саморазвития ЭОКС:

с наибольшей скоростью и вероятностью реали­зуются наиболее прогрессивные пути развития каталитических систем, которые связаны с ростом абсолютной каталитической активности.

В процессе развития каталитических систем склады­ваются механизмы конкуренции и естественного отбора по параметру абсолютной каталитической активности.

Возникает явление автокатализа, когда продук­ты реакции выступают как катализаторы, уско­ряющие ее дальнейшее течение.

Благодаря автокатализу реакции становятся само­ускоряющимися, причем на некоторой ступени разви­тия ЭОКС достигается первый кинетический (темпе­ратурный) предел саморазвития, когда рост абсолютной скорости базисной реакции начинает лимитироваться постоянным уровнем температуры в системе. Отдельные элементарные каталитические центры приобретают спо­собность осуществлять одновременно не один, как ранее, а несколько полных циклов базисной реакции, то есть первый кинетический предел преодо­левается за счет превращения отдельных монофункционирующих циклов в полифункционирующие.

При дальнейшем развитии скорость реакции начи­нает лимитироваться концентрацией реагирующих ве­ществ, и ЭОКС достигает второго кинетического пре­дела саморазвития.

Второй кинетический предел преодолевается с по­мощью пространственного структурного разобщения полифункционирующих центров катализа.

Происходит пространственное дублирование сложных каталитических систем, их разъединение и дальнейшее самостоятельное существование.

Самовоспроизведение, или точная простран­ственная дубликация, уже относится не столько к химической, сколько к биологической эволюции.

По существу, это главный способ роста всех живых тканей, в соответствии с которым с матричных молекул ДНК или РНК считывается наследственная информа­ция и на ее основе строится новая молекула. Можно счи­тать, что второй кинетический предел является преде­лом добиологической химической эволюции, то есть с достижением способности к самовоспроизведению за­вершается наивысший этап химической эволюции слож­ных каталитических систем.

Возможности добиологической эволюции ка­талитических систем, определяемые законами хи­мии, исчерпываются и начинается эволюция био­логическая.