Виникнення еволюційної хімії пов'язане з необхідністю зрозуміти, як з неорганічної матерії виникає органічна, а разом з нею і життя. Еволюційна хімія - наука про самоорганізацію і саморозвиток хімічних систем. Вона вивчає процеси мимовільного синтезу нових хімічних сполук, що є більш складними і високоорганізованим в порівнянні з вихідними речовинами.
Головним предметом вивчення в еволюційної хімії є еволюція хімічних сполук (хемогенез), яка забезпечила перехід до біогенезу. Біогенез - утворення органічних сполук живими організмами. Розуміння механізму хемогенеза важливо для прояснення проблеми походження життя на Землі і процесів самоорганізації матеріальних систем.
Існує два різних підходи до проблеми самоорганізації передбіологічних систем - субстратної і функціональний.
Згідно субстратному підходу в процесі самоорганізації передбіологічних систем добиралася тих хімічних елементів, які є основним будівельним матеріалом для утворення біологічних систем. Відомо, що тільки шість елементів - вуглець, водень, кисень, азот, фосфор і сірка - складають основу живих систем. Вони називаються органогени, і їх частка в живому організмі становить 97,4%. Крім того, до складу біологічно важливих компонентів живих систем входять ще 12 елементів: натрій, калій, кальцій, магній, залізо, цинк, кремній, алюміній, хлор, мідь, кобальт, бор. Їх частка становить 1,6%. Ще близько 20 елементів беруть участь в життєдіяльності живих систем в залежності від місця існування і складу харчування. Їх частка дорівнює 1%. Отже, з 118 хімічних елементів, відкритих до теперішнього часу, хімічна еволюція для побудови основи життя «відібрала» всього 37.
Особлива роль в хімічній еволюції відведена вуглецю. На основі хімічних елементів природа створила близько 8 млн. Різних сполук, але з них 96% є органічними, тобто сполуками вуглецю. Цей елемент має особливі властивості. Атоми вуглецю утворюють майже всі типи хімічних зв'язків з різними елементами, за допомогою яких він здатний створювати найрізноманітніші структури, може формувати ланцюга і полімерні молекули. Його з'єднання активні при невисокій температурі, вони добре розчиняються у воді.
З мільйонів органічних сполук в побудові живого беруть участь лише кілька сотень. Наприклад, з 100 відомих амінокислот до складу білків входить тільки 20; лише по чотири нуклеотиду ДНК і РНК лежать в основі всіх складних полімерних нуклеїнових кислот, відповідальних за спадковість і регуляцію білкового синтезу в будь-яких живих організмах.
Чому ж саме ці елементи і з'єднання були відібрані в процесі хімічної еволюції? На це питання відповідають теорії, які лежать в основі функціонального підходу у вирішенні питань хімічної еволюції.
Відмінною рисою функціонального підходу є дослідження закономірностей самоорганізації хімічних систем. У 1964 р радянським ученим А.П. Руденко була запропонована теорія, де було показано, що переваги в еволюції передбіологічних систем отримували ті структури і органічні сполуки, які посилювали активність і селективність дії каталізаторів. Хімічна еволюція являє собою саморозвиток саме каталітичних систем і, отже, еволюціонуючим речовиною в хемогенезе є каталізатори. При протіканні реакцій відбувається природний відбір тих каталітичних центрів, які мають найбільшу активність. Каталізатори, зміна яких пов'язане зі зменшенням активності реагуючих речовин, «вимикаються» з хімічних реакцій.
Саморозвиток, самоорганізація каталітичних систем відбувається за рахунок постійного припливу енергії, джерелом якої є хімічна реакція. Отже, перевагу отримують ті системи, які розвиваються на базі екзотермічних (з виділенням енергії) реакцій.
Хімічна еволюція створила всі передумови для появи живого з неживої природи, а планета Земля виявилася в таких специфічних умовах, що ці передумови змогли реалізуватися. Еволюційна хімія поглиблює уявлення про світ, її концепції є переконливим аргументом, який підтверджує наукове розуміння походження життя у Всесвіті. Сьогодні хіміки прийшли до висновку, що, використовуючи принципи, на яких побудована хімія організмів, в майбутньому можна створити принципово нову хімію, нове управління хімічними процесами, де почнуть застосовувати принципи синтезу собі подібних молекул, будуть створені каталізатори високого ступеня специфічності, побудують перетворювачі, здатні з більшим ККД фіксувати сонячну енергію.
1. Хімія - наука про речовини та їх перетворення, які супроводжуються зміною складу і будови речовини.
2. В історії розвитку хімії як науки поділяють на чотири етапи, протягом кожного формується певна концептуальна система знань: вчення про склад речовини, вчення про структуру речовини, вчення про хімічні процеси, еволюційна хімія.
3. Основою хімії є атомно-молекулярне вчення про склад речовини і основні хімічні закони: закон збереження маси, закон сталості складу речовини, закон кратних відносин, закон об'ємних відносин, закон Авогадро, періодичний закон Д. І. Менделєєва.
4. Речовина складається з молекул.Молекула - це найменша частинка даної речовини, що володіє його хімічними властивостями. Молекули складаються з атомів. Хімічний елемент - певний вид атомів з однаковим зарядом ядра. Атоми здатні утворювати хімічні зв'язки згідно валентності. Розрізняють ковалентну, іонну, металеву і водневу хімічні зв'язки.
5. Хімічний зв'язок утворюється в певному напрямку в просторі і задає просторову орієнтацію (структуру) молекули. Теорія хімічної будови речовини визначає залежність властивостей речовини від структури молекули.Ізомери - речовини, що мають однаковий склад, але різну будову молекули. Ізомерія може бути структурної та просторової.
6. Вчення про хімічному процесі вивчає можливість та умови протікання хімічних реакцій і способи управління ними. Хімічна реакція - процес перетворення вихідних речовин в відрізняються за хімічним складом і будовою інші речовини. Вчення про хімічному процесі розглядає енергетику хімічних реакцій, хімічна рівновага і умови його зміщення, кінетику (швидкість) і механізми реакцій. Особливе значення мають каталітичні реакції, так як основою процесів в живому організмі є Біокаталізу, який протікає під дією ферментів.
7. Еволюційна хімія вивчає процеси мимовільного синтезу нових хімічних сполук, що є більш складними і високоорганізованим в порівнянні з вихідними речовинами. Існує два різних підходи до проблеми самоорганізації передбіологічних систем - субстратної і функціональний.
8. Згідно субстратному підходу в процесі самоорганізації передбіологічних систем були відібрані ті хімічні елементи, які є основним будівельним матеріалом живого. Основу живих систем складають шість елементів-органогенов: вуглець С, водень Н, кисень О, азот N, фосфор Р і сірка S.
9. Відповідно до функціонального підходу з продуктів, які виходили в результаті різноманітних хімічних реакцій, відбиралися ті хімічні сполуки, які володіли широким спектром каталітичного дії. Отже, хімічна еволюція являє собою саморозвиток каталітичних систем, і еволюціонуючим речовиною є каталізатори.