Вы здесь

Энергия жизни. От искры до фотосинтеза

Энергия жизни. От искры до фотосинтеза

Поскольку органические химические вещества производятся только живыми организмами и никогда не встречаются в неживой природе, то казалось логичным предположить, что для их создания требуется некая «искра жизни», или «жизненная сила». Если бы это оказалось правдой, то химики со всеми своими горелками и мехами, со всеми своими кислотами никогда не сумели бы создать органическое вещество из неорганических, потому что одно дело — инструменты и химикаты, а совсем другое — мистическая «жизненная сила».

Самым главным сторонником такой теории был сам Берцелиус, и он был, должно быть, просто шокирован, когда его ученик, немецкий химик Фридрих Вёлер, в 1828 году разрушил всю теорию, как карточный домик. Вёлер занимался неорганической химией, именно он впервые сумел получить чистый алюминий и бериллий и разработал новые методики выделения никеля. Во время совершения своего выдающегося открытия он занимался нагреванием цианата аммония — вещества, традиционно рассматриваемого как совершенно неорганическое. К собственному изумлению, Вёлер обнаружил, что в процессе нагревания свойства цианата аммония разительно изменяются. Вещество, полученное в итоге, обладало всеми свойствами мочевины — самой что ни на есть органической субстанции, основного вещества, растворенного в моче млекопитающих.

Таким образом, из неорганического вещества удалось создать органическое путем простого нагревания. Никакой «жизненной силы» при этом приложено не было (если не считать жизненную силу самого Вёлера). Вёлер еще много раз повторил свой эксперимент, прежде чем осмелился объявить о нем публично, но когда это наконец-то было сделано, то вскоре, как это часто случается в науке, и другие химики повсеместно стали объявлять о синтезе органических веществ из неорганических.

С химической точки зрения открытие Вёлера не имеет столь уж большого значения — он провел достаточно тривиальную реакцию, но психологическое значение этого достижения было безмерно. Он сломал казавшийся незыблемым барьер между живой и неживой материей. Теории о «жизненной силе» был нанесен смертельный удар, и ученые впервые готовы были поверить в существование неких всеобщих законов природы, единых для всего на свете — живого и неживого.

С уничтожением границы между живой и неживой материей в научном мышлении важное место заняли различные моменты сходства между этими двумя видами веществ. Эти моменты были известны людям с незапамятных времен. Главным из этих общих моментов была роль воздуха.

Человек, как и другие сухопутные животные, для поддержания жизнедеятельности должен вдыхать воздух, и воздух этот должен быть хотя бы относительно свежим. Уже древние люди знали, что в закрытом помещении животные впадали в сонливость и умирали, как будто исчерпав запас чего-то жизненно необходимого, что содержится в воздухе (хотя в самом воздухе при этом не отмечалось никаких заметных невооруженным глазом изменений).

Так же ведет себя и огонь. Он ярко вспыхивает при порыве ветра, а в закрытой камере гаснет. Это можно было бы списать на то, что топливом для огня являются все же органические вещества — дерево или уголь, и именно их свойства диктуют свойства пламени, если бы не существовало неорганических горючих веществ, таких как сера или водород, огонь от которых ведет себя точно так же.

Еще в 200 году нашей эры римский физик Гален указал, что если человек поймет механизм горения, то он поймет и механизм дыхания. И его предсказание оправдалось, как стало ясно с появлением трудов Лавуазье.

Когда в конце 70-х годов XVIII века Лавуазье показал, что воздух состоит из азота и кислорода, он также ясно дал понять, что именно кислород и является веществом необходимым как для горения, так и для жизнедеятельности. Затем он обнаружил, что выдыхаемый воздух не только сравнительно беден кислородом, но и сравнительно богат при этом углекислотой. Но более тщательный анализ привел его к выводу о том, что не весь вдыхаемый кислород уходит на образование углекислоты. Некоторое количество кислорода должно тратиться и на что-то еще.

Когда в 1781 году английский химик Генри Кавендиш продемонстрировал, что при сжигании водорода в кислороде образуется вода, для Лавуазье все встало на свои места. Выдыхаемый воздух — заметно влажный, а в пище, потребляемой человеком, определенно содержится водород. В процессе дыхания кислород может соединяться как с водородом, так и с углеродом и производить как воду, так и углекислоту. То же самое происходит при сгорании древесины: кислород потребляется, а вода и углекислота — производятся.

Несомненно, в те времена было бы еще слишком смелым выдвигать предположение о столь тесном сходстве между живой и неживой материей, но после того, как Вёлер синтезировал мочевину и резкое разграничение между живой и неживой материей пропало, такое сравнение стало неизбежным.

Когда возобладало представление о том, что законы органической химии схожи с законами химии неорганической, а то и вовсе совпадают с ними, интерес к органической химии сильно возрос. Химики принялись анализировать органические вещества и с помощью новой теории атомного строения составлять для них формулы, точно так же, как это делалось для веществ неорганических.

Стало ясно, что органические вещества, содержащиеся, к примеру, в пище, состоят по большей части из углерода, водорода и кислорода, в пропорции в среднем два атома углерода на четыре атома водорода на один атом кислорода. Конечно, присутствует в этом перечне в небольших количествах и азот, и, в еще меньших, сера, фосфор и прочие, но ими пока можно пренебречь. Если взять усредненную «формулу пищи» за С2Н4O, то процессы, происходящие в организме человека, можно представить так:

2С2Н4O + 5O2 → 4СO2 + 4H2O.

Состав древесины, как правило, не слишком отличается от среднего состава пищи (хотя его, пожалуй, вернее было бы представить как С2Н4O2), и древесина тоже вступает в соединение с кислородом для образования углекислоты и воды. Так стало ясно, что и человеческий организм, и тепловая машина получают энергию из одного и того же источника — из соединения атомов углерода и водорода с кислородом.

Сам по себе этот факт должен был огорчить тех, кому хотелось бы видеть живой организм чем-то совершенно непохожим на бездушную машину и принципиально превосходящим ее. Строго говоря, аналогия здесь, конечно, не совсем полная. Горящая древесина испускает жар и свет, а «горящая» в организме пища света не производит вообще, а тепло — в достаточно ограниченном количестве.

Возникает вопрос: не свидетельствует ли эта разница о некоем еще более серьезном различии? Если форма энергии, производимой человеческим организмом (и любым другим живым организмом), отличается от формы энергии, производимой пламенем, то, может быть, организм использует более эффективные способы? Может быть, живая материя способна подняться над ограничениями, установленными для неодушевленной тепловой техники такими учеными, как Карно? Должен ли живой организм подчиняться законам термодинамики, разработанным в XIX веке, или мудрость природы даровала ему в виде пищи источник энергии, который паровая машина никогда не обретет ни в виде дров, ни в виде угля?

Остановимся более подробно на пище.

С давних пор люди не могли не замечать, что при приготовлении пищи используется несколько типов материалов с различными свойствами.

Например, есть белое безвкусное вещество, получаемое из зерновых, таких как пшеница или рис. Главной составляющей муки является крахмал.

Во фруктовом соке или, скажем, меде содержится другое, сладкое вещество. Из соков некоторых, особо богатых им, растений это вещество — сахар — можно получать напрямую в твердом виде. Впервые это было проделано в Индии примерно в IV веке до нашей эры. В древности эта технология добралась до Рима, где и сложилось латинское слово «saccharum», происходящее, по всей вероятности, от названия индийского растения. И лишь в Средневековье, вместе с возвращающимися из походов крестоносцами, сахар попал в Европу.

Страницы


В нашей электронной онлайн библиотеке вы можете бесплатно и без регистрации прочитать «Энергия жизни. От искры до фотосинтеза» автора Азимов Айзек на телефоне, андроиде, айфоне, айпаде. Сейчас вы находитесь в разделе „Часть вторая.ОРГАНИЗМ “ на странице 2. Приятного чтения.