Когда мы говорим об эволюции, мы почти всегда имеем в виду дарвиновский отбор: выживание наиболее приспособленных организмов. Но как началась сама жизнь? Как из хаоса простых молекул в «первичном бульоне» возникла первая упорядоченная, самовоспроизводящаяся система? Теория Опарина-Холдейна дала нам «ингредиенты», но не раскрыла сам «рецепт» — механизм усложнения. Ответ на этот вопрос дал советский химик Александр Прокофьевич Руденко в своей теории эволюции открытых каталитических систем. Это — рассказ об эволюции до Дарвина, об эволюции самой химии.
Глава 1: Центральная идея — эволюционирует не молекула, а процесс
Главная ошибка, по мнению Руденко, — искать «молекулу жизни». Эволюционировать в одиночку молекула не может. Эволюционирует только система, состоящая как минимум из двух компонентов: катализатора и субстрата, на который он действует.
Теория Руденко — это теория о том, как катализаторы, участвуя в химических реакциях, неизбежно и направленно усложняются, проходя через естественный отбор на химическом уровне.
Глава 2: Элементарный акт химической эволюции
В основе всей теории лежит описание одного, повторяющегося акта. Представим открытую систему, куда постоянно поступает вещество (субстрат А) и энергия. В системе есть катализатор К.
- Реакция: Катализатор К превращает субстрат А в продукт Б.
- Изменение катализатора: Руденко постулировал главное: катализатор — не вечный и неизменный «станок». В процессе работы он сам меняется. На нём оседают продукты реакции, меняется его структура. Происходит превращение К → К'.
- Химический «естественный отбор»: Теперь система сравнивает новый катализатор К' со старым К. Если К' оказался более устойчивым или, что важнее, его абсолютная каталитическая активность (количество превращённого субстрата в единицу времени за весь срок жизни катализатора) выше, чем у К, то система совершила акт эволюции. Новый, более совершенный катализатор К' вытесняет старый.
Возникает петля положительной обратной связи: катализатор, работая, создаёт условия для собственного усовершенствования. Эволюция становится не случайным блужданием, а направленным процессом в сторону усложнения и повышения эффективности.
Глава 3: От минерала до протоклетки — этапы большого пути
Руденко предложил стройную последовательность этой химической эволюции:
- Этап 1: Неорганические катализаторы. Первыми катализаторами были простые минералы, глины, оксиды металлов. Катализируя реакции, они обрастали слоями органических продуктов, формируя более сложные металл-органические комплексы.
- Этап 2: Появление ключевых функций. Постепенно эти усложняющиеся каталитические центры «учились» новым трюкам:
Автокатализ: Продукты реакции начинают сами катализировать своё образование.
Самовоспроизведение: Система начинает производить копии своих же каталитических компонентов.
Запасание энергии: Появляются молекулы-«аккумуляторы». - Этап 3: Компартментализация. Чтобы защитить свои сложные компоненты от внешней среды, система «изобретает» мембрану. Появляется первая протоклетка. Она — не результат случайной сборки, а закономерный этап эволюции каталитической системы, которой понадобился «дом» для дальнейшего усложнения.
Глава 4: Теория Руденко в XXI веке
Хотя теория Руденко была сформулирована в 1960-х, сегодня она переживает второе рождение, так как идеально ложится в русло современных концепций:
- Системная химия (Systems Chemistry): Современное направление, изучающее сложные самоорганизующиеся химические сети. Теория Руденко — его прямой идеологический предшественник.
- Гипотеза «РНК-мира»: Теория Руденко не противоречит ей, а дополняет. Она описывает «до-РНКовый мир» — тот самый этап химической эволюции, который и создал условия для появления рибозимов и мира РНК.
- Астробиология: Принципы эволюции каталитических систем универсальны. Они не привязаны к воде или углероду и могут быть использованы для моделирования возникновения жизни в совершенно иных условиях, например, на основе кремния.
Таким образом, теория Руденко — это не просто одна из гипотез происхождения жизни. Это фундаментальный физико-химический закон, описывающий механизм саморазвития и усложнения материи.
Основные источники и рекомендуемая литература:
- Руденко, А. П. (1969). Теория саморазвития открытых каталитических систем. Издательство Московского университета. — Фундаментальный труд, где теория изложена полностью.
- Руденко, А. П. (2000). Эволюционный катализ и проблема происхождения жизни. Журнал физической химии, 74(10). — Более поздняя статья, обобщающая основные идеи.
- Gladyshev, G. P. (2006). Thermodynamic theory of the origin of life and the evolution of living beings. Journal of Physical Chemistry & Biophysics. — Работа, развивающая схожие термодинамические подходы к эволюции.
- Pross, A. (2012). What is Life?: How Chemistry Becomes Biology. Oxford University Press. — Современная книга по системной химии, идеи которой во многом перекликаются с теорией Руденко, хотя и изложены другим языком.
Как вы считаете, применим ли закон эволюции каталитических систем к нехимическим объектам, например, к развитию технологий или социальных структур? Делитесь мнением в комментариях, ставьте лайк и подписывайтесь на канал!