У процесі перетворення хімії в науку відбувалася так звана хімічна еволюція, і переломний момент цього революційного процесу настав після створення в 1777 році французьким натуралістом Лавуазьє теорії горіння з описом ролі кисню. Тоді ж почався перегляд всіх основоположних понять та головних принципів хімії, змінилася термінологія і номенклатура речовин.

Елементарний курс

Рік 1789 ознаменувався виходом підручника Лавуазьє, відразу стало головним посібником для теоретиків і практиків народилася науки. У "Елементарному курсі хімії" вже був перший в світі список таблиця простих тіл, де перераховувалися відомі хімічні елементи. В основі цього фоліанта Лавуазьє лежала саме киснева теорія горіння, за допомогою якої хімічна еволюція була спрямована на абсолютно новому шляху. Найголовніше у визначенні елемента - досвід, саме його і обрав вчений головним критерієм, а все, що не підтверджується досвідченим шляхом, наприклад атомарний або молекулярне будова, Лавуазьє не розглядав.


Хімічна еволюція пішла шляхом сформульованих ним законів - про збереження маси, про характер властивостей сполук, про їхні відмінності в елементному складі. Саме тоді хімія прийняла вид самостійної науки, що вивчає склад тел експериментальним шляхом. Ніяк не могла хімічна еволюція обійтися без раціоналізації предмета, і, таким чином, людство остаточно відмовилося від алхімічного минулого, оскільки уявлення про природу речовини і його властивості змінювалися докорінно і дуже швидко. А поштовхом до цього процесу послужили дослідження Лавуазьє. Тепер навіть школярі знають, що етапи хімічної еволюції (або пребиотической еволюції) потрібно розглядати з часів, які передували виникненню життя на Землі. У вісімнадцятому столітті таких уявлень про світ ніхто ще не мав.

Життя

Хімічна еволюція Землі починалася на абсолютно млявої планеті, коли органічні речовини поступово почали виникати з молекул неорганічних, на які особливим чином впливали енергетичні та селекційні фактори. Розгорталися процеси самоорганізації, що властиві навіть відносно складним системам. Так, на Землі з'явився вуглець. Вірніше, спочатку з'явилися вуглерод молекули, що мають принципове значення не тільки для виникнення, але і для подальшого розвитку всякого живого речовини. Нам невідомо досі, в чому сутність хімічної еволюції на ранніх етапах розвитку життя. Відоме про химизме будь-якої речовини обмежує еволюційний процес кордонами водно-вуглецевого постулату. Можливо, у Всесвіті є варіанти іншого способу існування живої речовини, і наше білкове походження - не єдиний "вихід у світ". Тут здійснилося унікальне поєднання полімеризаційних якостей вуглецю з деполяризующими властивості водної середовища, що знаходиться у фазі рідини. Ці умови виявилися достатніми, щоб почалася хімічна еволюція життя, а також необхідними для розвитку всього відомого нам різноманіття життєвих форм.

Запуск процесу

Людству навіть про власну колиски відомо далеко не все. Тим більше про те, де і коли почалися етапи хімічної еволюції на Землі. Про це ми теж можемо тільки припускати. Тут, по-перше, можливі будь-які терміни. Коли закінчився другий цикл зореутворення, коли конденсировались продукти вибуху наднових зірок, які дали межзвездному простору елементи, звані важкими, у яких маса перевищує двадцять шість. Коли зірки вже у другому поколінні знайшли власні планетні системи, де необхідних важких елементів вже була достатня кількість. Реалізуватися сутність хімічної еволюції могла будь-якої миті після Великого вибуху у проміжку від півмільярда до півтора мільярдів років.

Де зароджувалося життя

Де вона могла зародитися - теж питання відкрите. При створенні багатьох достатньо вірогідних умов запуск хімічної эколюции міг статися практично в будь-якому середовищі. Це і надра планет, і глибини океанів, і поверхні, навіть протопланетние освіти годяться. Більш того, хмари міжзоряного газу теж можуть стати плацдармом для атаки живої речовини на млявість, і це підтверджують виявлені там органічні речовини - спирти і цукру, альдегіди, амінокислоти гліцину і багато що інше, здатне послужити вихідним матеріалом для виникнення життя за допомогою почалася хімічної еволюції.

Теорія

Древня Земля зберігає свої секрети, і людство поки що не має достовірних відомостей про геохімічних умовах її існування до виникнення життя. Геологическеи дослідження не можуть задовольнити всі виникаючі питання, і тому для вивчення широко залучається астрономія. Так вибудовується теорія хімічної еволюції. Сьогоднішні венерианские або марсіанські умови розглядаються як аналогічні для Землі на певних етапах хімічної еволюції. Ставляться експерименти на моделях, і таким чином виходять всі відомі нам основні дані. Наприклад, з допомогою імітації різноманітних хімічних речовин і кліматичних умов у атмосфері, гідросфері, літосфері були отримані складні органічні молекули. Отримання нових даних експериментальним шляхом завжди збагачує будується теорію. Так, були в безлічі висунуті гіпотези щодо конкретних механізмів і безпосередньо рушійних сил відбулася хімічної еволюції.

Дослідження в Росії

Життя на Землі утворилася завдяки абиогенезу, тобто народженням органічних сполук, перебування яких властиве живій природі поза всяким організму і без найменшого участі ферментів. Це перший етап, коли живе з'являється з неживого. За припущенням академіка Опаріна в двадцятих роках двадцятого століття, розчини високомолекулярних сполук отримують можливість утворювати якісь зони, де їх концентрація підвищена, та відокремленість від зовнішнього середовища не заважає їм обмінюватися з нею. Ці зони називаються коацерватами або коацерватними краплями.

За кордоном

Перший абиогенний синтез, здійснений в умовах первісної Землі, провів у 1953 році Стенлі Міллер, синтезувавши амінокислоти з іншими органічними речовинами. Згодом з'явилася теорія гиперциклов, яка пояснює прояви життя в процесі хімічної еволюції присутністю комплексів каталітичних реакцій, наступних друг за іншому, де продукт попередньої стає каталізатором для наступної. Лише у 2008 році американськими біологами була створена перша "протоклітина", яка крізь оболонку з жирних кислот і ліпідів була здатна отримувати нуклеотид-монофосфати з навколишнього середовища. Ці активовані імідазолом "цеглини" абсолютно необхідні для синтезу ДНК. А у 2011 році в Японії були створені везикули з елементами ДНК під катіонної оболонкою, які були здатні до поділу, оскільки йшла полиразмерная ланцюгова реакція, реплицирующая ДНК.

Основні гіпотези

Хімічна еволюція життя на Землі в гіпотезах пояснює такі основоположні моменти.

Необхідність появи на Землі або в Космосі умов, при яких відбувається автокаталитический синтез угреродосодержащих молекул, причому синтез повинен мати великі обсяги і значне різноманіття, достатню для початку процесу хімічної еволюції.

Виникнення протоклеточних структур, що з'являються з молекул, описаних вище. Ці стійкі замкнуті агрегати ізольовані від навколишнього середовища, обмін речовин та енергій у них проходить вибірково. Так виникають протоклеточние структури.

В утворилися агрегатах з'являється здатність до самостійного розвитку - саморепликация і самозміна всіх інформаційних хімічних систем. Так виникають елементарні одиниці спадкового коду.

Наступний етап - поява взаємозалежності між функціями ферментів і властивостями білків з РНК і ДНК як носіями інформації. Так виникає власне код спадковості, який необхідний для біологічної еволюції.

Відкриття

Як було сказано вище, Олександр Опарін ще в двадцятих роках минулого століття відкрив коацервати. Далі Стенлі Міллер і Гарольд Юрі у 1953 році описали виникнення в симулирующей стародавньої атмосфері прості біомолекули і процес їх виникнення. Далі Сідней Фокс розповів світові про мікросфер з протеноидов. У 1981 році Т. Чеку і С. Алтману вдалося спостерігати автокаталитическое поділ РНК, як рібозіми здатні об'єднувати інформацію та каталіз в молекулі, "вирізаючи" себе з ланцюжка і з'єднуючи залишаються "кінці". У 1986 році У. Гілберт з Кембриджа розробив ідею "Світ РНК", а Гюнтером фон Кидровски з Німеччини тоді ж була представлена перша самореплицирующаяся система на основі ДНК, що стало найважливішим внеском у розуміння самореплицирующихся систем і функцій їх зростання. Наука швидко пішла вперед в цьому напрямку: Манфред Aigen відкрив гиперцикл, еволюцію ансамблів молекул РНК, а Юлій Ребек створив першу штучну молекулу, яка самореплицируется в хлороформі.

Космос і Земля

У Центрі космічних польотів НАСА Джон Корлис вивчав процес поставки з термальних джерел енергії морів і хімікалій, які роблять хімічну еволюцію незалежної від космічного середовища, вони і сьогодні є для початкових археобактерий постійної середовищем існування. У світі сульфідів заліза з'явився ряд гіпотез Гюнтера Вэхтерсхойзера. Він описав перші самореплицирующиеся структури з обміном речовин, що виникли на поверхні піриту (сульфід заліза), який і дав необхідну для обміну речовин енергію. В умовах відбору зростаючі і розпадаються кристали піриту можуть рости і розмножуватися, створюючи різні популяції. Також щільно були вивчені мінерали глини на предмет появи органічних молекул. Тим не менш уніфікованої моделі хімічної еволюції поки не існує, оскільки основні принципи руху цього процесу ще не відкриті.