Изучение органической химии часто начинается с одного фундаментального вопроса: действительно ли все органические вещества зарождаются исключительно внутри живых организмов? Краткий ответ — нет. Хотя исторически понятие «органическое» было неразрывно связано с жизнью, современная наука доказала, что это не так. Давайте разберемся в этом вопросе подробно, опираясь на историю, теорию и современные научные открытия.
Исторические корни: витализм и «жизненная сила»
Название «органические вещества» появилось на ранней стадии развития химии, когда господствовали виталистические воззрения. Ученые-химики изначально делили известные вещества на минеральные, животные и растительные, используя признак классификации — источник их получения.
Среди учёных того времени был широко распространён витализм. Его последователи утверждали, что для возникновения органических веществ нужна особая «жизненная сила» живых организмов. Считалось, что химик в лаборатории никогда не сможет создать то, что создает природа, так как лабораторная колба лишена этой мистической силы.
Разрушение мифа: от витализма к синтезу
Ситуация кардинально изменилась в XIX веке, когда учёные научились синтезировать органические вещества из неорганических в лабораторных условиях. Это стало первым ударом по витализму. Сегодня мы используем огромное количество синтетических органических веществ, которые в природе никогда не существовали:
- Полиэтилен
- Капрон
- Лавсан
- и многие другие полимеры и материалы
Современная органическая химия изучает не только соединения, выделяемые из растительных и животных организмов (природные вещества), но и соединения, созданные искусственно с помощью лабораторного или промышленного органического синтеза. Таким образом, лабораторный и заводской синтез — это доказательство того, что живой организм для создания органики не обязателен.
Что делает вещество органическим?
В дальнейшем вещества стали делить на две группы: неорганические и органические. Главным критерием стала не «жизненная сила», а строение и состав. В основе органической химии лежит теория химического строения органических веществ А. М. Бутлерова.
Органические вещества стали самыми распространенными соединениями на планете именно в силу особенной возможности углерода к созданию стабильных и устойчивых цепочек из самого себя. Помимо атомов углерода и водорода, в состав органических веществ могут входить атомы кислорода, азота и галогенов, реже — другие элементы. Исключения составляет всего небольшая группа веществ (например, HCO и СО), которые, несмотря на наличие углерода, традиционно относят к неорганическим;
Абиогенез: химическая эволюция до появления жизни
Если жизнь зародилась на Земле, то откуда взялись первые органические молекулы для её построения? Ответ кроется в теории абиогенеза. Под химической эволюцией в теории абиогенеза подразумевается возникновение сначала простых органических веществ из неорганических, затем — сложных органических соединений. Этот процесс происходил задолго до появления первых живых организмов, в условиях древней Земли, где не было никакой жизни, но были углекислый газ, метан, аммиак, вода и энергия молний.
Органика вне Земли: космическое доказательство
Возможно, самое яркое опровержение тезиса «органика = жизнь» мы находим за пределами нашей планеты. Космические исследования последних лет показывают, что органические вещества образуются в космосе вообще без участия биосферы:
- Марс. Условия на поверхности Марса совсем неблагоприятные для сохранения сложных химических соединений из-за космической радиации. Однако марсоход NASA Curiosity, работающий с 2012 года, обнаружил в грунте Марса ранее не встречавшиеся сложные органические соединения и разнообразную смесь органических молекул. Жизни на Марсе пока не найдено, а органика — есть.
- Энцелад. Этот загадочный спутник Сатурна диаметром около 500 километров славится своими гейзерами, выбрасывающими в космос струи воды, льда и органических веществ.
- Церера. Самый крупный объект (карликовая планета) в астероидном поясе между Марсом и Юпитером, исследованный космическим аппаратом NASA Dawn, также продемонстрировал наличие органики. Научный коллектив химического и географического факультетов МГУ даже выделил происхождение органических веществ, обнаруживаемых на Церере.
- Межзвездная пыль. Аспирантка из Австралии воссоздала в лаборатории космическую пыль, подобную межзвездной, и показала, как могли формироваться органические молекулы в глубоком космосе.
Так образуются ли все органические вещества в живых организмах? Однозначно нет. Современная наука выделяет как минимум три пути образования органических соединений:
- Биогенный, в живых организмах (растительные остатки как продукты фотосинтеза, животные ткани).
- Абиогенный — химическая эволюция на ранней Земле и абиотический синтез в космосе (на Марсе, Церере, Энцеладе).
- Синтетический — лабораторный и промышленный синтез человеком (вещества, которые никогда не существовали в природе).
Сегодня органическая химия — это наука не о «жизненной силе», а об уникальной способности углерода формировать невероятное разнообразие прочных молекул, независимо от того, кто или что стоит за их созданием: природа, космос или человек.