Следующий выпуск вышеупомянутого журнала за тот же год (Журнал ВХО, 1980. № 5) был посвящен проблемам химической промышленности и науки. В этом выпуске рассматривалось развитие химических технологий, создание химических заводов для многотоннажных синтезов и небольших производств, задачи разработки новых и модернизации действующих реакторов, их классификация, защита окружающей среды. Используя изложенные в этом журнале подходы, попытаемся посмотреть глазами химиков-технологов на научную проблему о происхождении жизни (рис. 4). Зададимся простым вопросом. Если у нас есть готовая продукция в виде биополимеров известного (CH20)l06(NH3)16H3P04 состава на поверхности Земли, то какой я должен создать химический завод, сколько должен взять исходного сырья, как я должен организовать выброс отходов и их утилизацию для получения определенного биогеохимиками количества продукции. Не поддержания на Земле на длительных временах в тысячи и миллионы лет заданной массы биополимеров определенного состава в био-, гео-и фотохимических циклах в биоценозах, а именно их получения. Нужно еще учесть, что есть времена «выпуска заводом продукции» и есть химические времена, времена пребывания реагентов в реакторах и передвижения реагентов из реактора в реактор.
Рис. 4. Происхождение жизни как первичное производство биополимеров.
Эти времена синтезов органических соединений составляют сутки, максимум, что можно себе представить — годы, десятки, но не тысячи лет. За тысячи и более лет скорее происходит деструкция, разложение органических соединений. Далее, один из важнейших вопросов — куда мы должны девать отходы? Не менее важный вопрос с точки зрения реакторов и химических технологий — как подводится, используется и отнимается энергия в комплексе эндо- и экзотермических реакций? Такая постановка вопроса не рассматривалась ранее, не исключение и упомянутые выпуски журнала ВХО им. Д.И. Менделеева, посвященные происхождению и эволюции жизни. На мой взгляд, это перспективный методологический подход к изучению проблемы абиогенного синтеза пребиотического вещества, поскольку происхождение жизни выходит за рамки последних 3.9 млрд. лет, которые геологически документированы для Земли. Кроме того, химические технологии требуют как экспериментальную демонстрацию своих процессов последовательно на лабораторном, пилотном и опытно-промышленном уровнях, так и проведения количественных инженерных расчетов. Все это возвращает далекие от реальности идеи и фантазии на прокрустово ложе базовых законов сохранения в балансовых соотношениях.
Итак, «проблема химического завода» — рис. 5. На «планете бактерий» (Заварзин, 2008) углерода биологического органического вещества несколько единиц на 1018 г. Если я добавлю сюда воду, азот, то получаю число примерно 1019 г состава ((CH20)l06(NH3)16H3P04)n. Л.М. Мухин (1980) утверждал, что выходы в синтезах нуклеотидов, Сахаров и других важных компонентов составляют значения в 0.01 % по массе. Обычно выходы полинуклеотидов при переходе к «миру РНК» также указываются в 0.01 %. Мной не найдены литературные сведения о возможных выходах продукции при переходе от «мира РНК» к простейшим клеткам и далее к «планете бактерий». И я принял (но здесь требуется уточнение, стоит вопрос) то же самое значение 0.01 % по массе, что соответствует двум стадиям самоорганизации в этом переходе. А теперь собираем все порядки. Итого на трех основных этапах выход составил 10-12, двенадцать порядков! Для того чтобы на поверхности Земли получить 1019 г бактерий, в качестве сырья на входе «химического завода» нужно иметь 1031 г углерод-азот-кислородного сырья. А если по космической распространенности элементов я добавлю еще два порядка по массе водорода и гелия, то необходимое общее количество сырья на входе «завода» 1033 г, что всего в два раза меньше массы современного Солнца. Число астрономическое.
Рис. 5. Проблема «химического завода».
В учебниках по химическим технологиям написано, что нужно делать, чтобы уменьшить это число, количество исходного сырья. Для этого мы должны кардинально увеличить выходы особенно на первых стадиях, решив как минимум две проблемы. Во-первых, найти наиболее эффективные синтезы с катализаторами. И, во-вторых, создать для них экономичные реакторы, которые еще должны быть согласованы по массо- и теплообмену по всей цепочке синтезов. Мы должны согласовать абсолютно всю цепочку синтезов от сырья из простейших соединений до конечной продукции клетки и «планеты бактерий». Если у нас возникнет затор в одном хотя бы месте, то это будет означать, что вся цепочка, весь «завод» не работает. В этом случае на временах в миллиарды лет заведомо происходит как деструкция наработанных полупродуктов, так и разрушение самого «завода». Что еще мы можем сделать с точки зрения химических технологий? Мы можем сменить исходное сырье и вместо инертных, трудно активируемых молекул — СН4, СО2, N2, — использовать реакционноспособные соединения. Тогда их нужно найти. И зададим еще один, возможно, самый главный, или ключевой, вопрос. А может, и нет ничего страшного в этом числе 1033 г, и в происхождении жизни действительно участвовало вещество, по массе сравнимое с Солнцем? Положительный ответ переводит проблему происхождения жизни из геохимии в астрохимию и астрофизику.
Современный космохимический ответ на вопрос об исходных высоко реакционноспособных соединениях на первый взгляд очень прост. Даже вся Земля, а не только ее атмосфера и поверхность с привнесенным метеоритным дождем, не имела и не имеет указанной массы исходного вещества для первичного абиогенного синтеза органических соединений. А вот молекулярные облака и околозвездные диски сразу предоставляют необходимое сырье. В его состав помимо метана, воды, диоксида углерода входят многие активные и в обычных условиях неустойчивые соединения, которые идентифицированы астрофизиками и астрохимиками. Среди этих соединений можно отметить цианводород, формальдегид, аммиак, монооксид углерода, формамид и другие молекулы и многие радикалы. Поэтому здесь не надо придумывать никаких молний, вулканов и тому подобных плазмохимических, электродуговых, фото- и прочих реакторов с их экстремальными условиями, к примеру, расплавленных лав или суперкритических сред для активации инертных соединений. А при этом — с разрушением сложных молекул и стерилизацией среды. Это примерно так же, как нас заставили бы производить этилен из метана, вместо того, чтобы воспользоваться другим источником сырья — этаном в составе добываемого природного газа.
Если волею судеб Вас занесло на адриатическое побережье Балканского полуострова, то Вам определенно точно понадобиться карта Черногории туристическая, которая поможет Вам не заплутать, прогуливаясь по живописным улочкам этого европейского государства.