Сущность химической эволюции
Картина хемогенеза отчетливо свидетельствует о своеобразном химическом «естественном отборе»
веществ. Как уже отмечалось выше, на сегодняшний день известны 112 химических элементов, однако основу живых систем составляют только 6 из них, которые в связи в этим обстоятельством получили название органогенов.
Это углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р) и cepa(S).
Их общая весовая доля в живой материи составляет 97,4%. Еще 12 элементов (натрий, калий, кальций, алюминий, железо, магний, цинк и др.) составляют примерно 1,6%. Остальные слабо представлены в живой материи, то есть к участию в живой материи природа отобрала ограниченный набор элементов.
К настоящему моменту науке известно всего около 8 000 000 химических соединений. Из них подавляющее большинство (около 96%) — это органические соединения, основной «строительный материал» которых — перечисленные выше элементы. Из остальных химических элементов природа создала лишь около 300 000 неорганических соединений.
Резкая диспропорция между громадным множеством органических соединений и малым количеством составляющих их элементов, а также факт принадлежности этих же элементов к органогенам, нельзя объяснить на основе различной распространенности элементов. На Земле наиболее распространены кислород, кремний, алюминий, железо, тогда как углерод занимает лишь 16-е место. Совместная же весовая доля важнейших органогенов в поверхностных слоях Земли всего около 0,24%. Следовательно, геохимические условия не сыграли сколько-нибудь существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем, а тем более биосистем.
Тогда возникает вопрос: по каким признакам химическая эволюция отобрала малую часть элементов в число органогенов? С химической точки зрения видны признаки, по которым происходил этот «естественный отбор» элементов. Это, во-первых, способность образовывать достаточно прочные, энергоемкие химические связи. Во-вторых, образуемые связи должны быть достаточно лабильными, т.е. изменчивыми, перестраиваемыми.
Именно поэтому углерод был отобран эволюцией как органоген № 1. Он в полной мере отвечает перечисленным выше требованиям. Атом углерода образует почти все типы химических связей, какие знает химия, с самыми разными значениями энергии связи. Он образует углерод-углеродные связи, строя таким путем длинные и стабильные углеродные скелеты молекул в виде цепей и (или) колец. Углеродные атомы образуют связи с остальными элементами-органогенами. Соединение с этими и другими элементами в различных комбинациях обеспечивает колоссальное разнообразие органических соединений, Оно проявляется в размерах, форме молекул и их химических свойствах.
Кислород и водород нельзя считать столь же лабильными, как углерод; их, скорее, следует рассматривать в качестве носителей крайних и односторонних свойств — окислительных и восстановительных. Лабильные атомы серы, фосфора и железа имеют большое значение в биохимии, в то время как стабильные — кремний, алюминий, натрий, составляющие несравненно большую часть земной коры, играют второстепенную роль.
Подобно тому, как из всех химических элементов только 6 органогенов, да еще 10-15 других элементов отобраны природой в основу биосистем, так же и в предбиологической эволюции шел отбор и химических соединений. Из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен; из 100 известных аминокислот в состав белка входит только 20.
Смотрите также
Бетулин и его производные
В последние годы, когда береза вовлекается все
больше в химическую переработку, ее экстрактивные вещества исследуют в более
широком аспекте. Одним из основных продуктов её переработки являет ...
Шестая группа периодической системы
Атомы элементов VI группы характеризуются двумя
различными структурами внешнего электронного слоя содержащего либо шесть, либо
одного или двух электронов. К первому типу, помимо кислорода, относится ...