Углерод встречается в природе как в свободном, так и в соединенном состоянии, в весьма различных формах и видах. В свободном состоянии углерод известен по крайней мере в трех видах: в виде угля, графита и алмаза. В состоянии соединений углерод входит в состав так называемых органических веществ, т.е. множества веществ, находящихся в теле всякого растения и животного. Он находится в виде углекислого газа в воде и воздухе, а в виде солей углекислоты и органических остатков в почве и массе земной коры.
В природе существует несколько элементов, имеющих по четыре валентных электрона, что позволяет им создавать соединения атомов в виде длинных цепочек из одного типа атомов. При этом на соединение в цепочку атом «затрачивает» максимум два из четырёх валентных электронов. А это позволяет на свободные валентные связи присоединить другие атомы и даже сложные радикалы. Элементы эти: углерод, кремний, фосфор... Самый активный из них — углерод, кстати, один из самых распространённых на Земле. Он и послужил основой органической жизни. В первичном океане была большая концентрация атомов углерода, других элементов, которые послужили строительным материалом органических молекул . Но для того, чтобы атомы углерода соединились в длинные цепочки необходимы были особые условия. Необходим был активный источник энергии, который должен был повлиять на устойчивость атомов углерода и вызвать новое соединение атомов углерода в цепочку. Таким источником энергии послужили электрические разряды в атмосфере (молнии). Мощное электрическое поле молнии в локальном объёме создавало благоприятные условия для того, чтобы атомы углерода соединились. Из этих цепочек атомов углерода возникли молекулы, молекулярный вес которых — тысячи, десятки тысяч атомных единиц. Новые молекулы соединялись между собой и создавали ещё большие молекулы. И если атомный вес неорганических молекул составлял не более 300-400 атомных единиц, то органические молекулы практически не имеют ограничения молекулярного веса. А это означает, что, соединённые таким образом в молекулу ядра углерода создают канал между физическим и эфирным уровнем даже больший чем трансурановые элементы и, при этом, не распадаются. Таким образом, возникают условия для перетекания формы материи G с физического уровня на эфирный. При очень большом молекулярном весе, как у молекул ДНК, РНК, α1max становится таким, что возникают условия для перетекания и других форм, образующих физически плотное вещество. Условия для перетекания возникали и в случае трансурановых элементов, но при этом начинали перетекать формы материи, образующие ядра, что приводило к их распаду и образованию более простых устойчивых элементов.
Фосфор – твердое вещество, один из самых распространённых элементов земной коры, его содержание составляет 0,08—0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л[4]. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) фосфорит Ca3(PO4)2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах (см. фосфолипиды). Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ), является элементом жизни.Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества — белую, красную, черную и металлический фосфор . Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора , а в условиях сверхвысоких давлений — также металлическая форма. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам; заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств. Фосфин РН3 представляет собой бесцветный сильнотоксичный газ с запахом гнилой рыбы. Мышьяк пригодился вместо фосфора. Вся земная жизнь основана на шести элементах: кислород, углерод, водород, азот, фосфор и сера – это аксиома. Остальные элементы находятся в организме в следовых количествах.
Мышьяк в Периодической системе элементов Менделеева занимает место под фосфором. Это означает, что строение внешнего слоя электронной оболочки их атомов, а, значит, и химические свойства, похожи. Но именно по этой причине мышьяк практически для всех живых организмов стал сильнейшим ядом. Клетки пытаются использовать его вместо фосфора, обманутые сходными свойствами, но этот номер не проходит: соединения мышьяка – арсенаты, намного менее стабильны, чем фосфаты. Однако некоторые специалисты считали, что есть микроорганизмы, способные приспособить свой метаболизм к мышьяку. Масс-спектрометрия показала, что мышьяк находился внутри бактериальных клеток. Ученые добавили к среде радиоактивно меченый арсенат и через некоторое время обнаружили метку в белках, липидах, нуклеиновых кислотах и продуктах метаболизма клеток. Это означало, что мышьяк внедрился в биологические молекулы. Для окончательного подтверждения этого бактериальную ДНК выделили и изучили методом масс-спектрометрии вторичных ионов – ДНК содержала мышьяк. То же показало и рентгеновское исследование. Мышьяк в форме арсенат-иона (AsO4 3−) входил с состав молекулы ДНК, химически связанный с атомами углерода и кислорода. Он заместил собой фосфор, находящийся в ДНК и других биомолекулах в виде фосфат-иона (PO4 3−). глерод встречается в природе, как в свободном, так и в соединенном состоянии, в весьма различных формах и видах. Атмосфера содержит углерод в виде углекислого газа (СО2 ), который в растворенном состоянии находится также во всех природных водах.
Азот — химический элемент; бесцветный газ, в газообразном состоянии является главной составной частью воздуха; очень мало растворим в воде. В воздухе азот присутствует в виде газа N2. Однако газ азот (N2), содержание которого в атмосфере достигает 78 % по объёму, эукариоты сами по себе ассимилировать не могут. В АТ-паре основания соединены двумя водородными связями: одна из них образуется между амино-и кето-группами, а другая — между двумя атомами азота пурина и пиримидина соответственно. В GC-паре имеются три водородные связи: две из них образуются между амино- и кето-группами соответствующих оснований, а третья — между атомами азота . Образование пар между двумя пуринами, двумя пиримидинами или некомплементарными основаниями (А + С или G + T) стерически затруднено, поскольку при этом не могут образовываться подходящие водородные связи и, следовательно, нарушается геометрия спирали. Модифицированные пурины и пиримидины, с небольшой частотой встречающиеся в ДНК, образуют такие же водородные связи, что и их немодифицированные аналоги; тем самым правило спаривания не нарушается. Согласно этим правилам, последовательность оснований в одной цепи определяет их последовательность в другой. Комплементарность последовательности оснований в двух полинуклеотидных цепях — ключевое свойство ДНК.
Кислород — Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.
Существуют и другие аллотропные формы кислорода , например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O3). В молекуле ДНК радикалами могут стать даже две части одной нити ДНК . Повреждения в молекулах ДНК становятся причиной гибели клеток или их ракового перерождения. Не менее драматично заканчивается встреча свободного радикала кислорода с молекулами ферментов. Поврежденные ферменты уже не могут управлять химическими превращениями, и в клетке воцаряется полный хаос.
2.9. Что в природе вызывает возникновение встречного процесса – от хаотического состояния к упорядоченному?
Другой важнейший процесс в нелинейных системах – это процесс самоорганизации. Для того, чтобы он возникал, необходимо, чтобы система являлась не только нелинейной, но и необратимой. Если эти условия выполняются, то в такой системе возможно образование регулярных упорядоченных режимов из первоначального хаотического состояния . Эти упорядоченные образования получили название диссипативных структур. Сейчас известно, что именно такие структуры возникают в динамике популяций, процессах эволюции и морфогенеза, а также во многих других случаях. Необратимость во времени социальных и экономических процессов заставляет предполагать, что в социальных и экономических системах, нелинейных, как было сказано выше, процессы самоорганизации не только существуют, но и являются закономерными. В самом деле, история показывает, что в любом, даже первоначально хаотическом, социальном сообществе со временем возникают и развиваются упорядоченные структуры. Задача нелинейной динамики и синергетики в этом случае сводится к тому, чтобы определить те параметры, при которых такие структуры возникают в той или иной неравновесной системе или среде, и дать конкретные рекомендации по их достижению. Вид и время жизни этих структур тоже могут быть определены аналитически или численно. Некоторые модели общественных процессов (преимущественно вероятностные) и математические методы, используемые при их анализе, уже существуют. Нелинейные модели, которые могли бы исследоваться на основе качественных методов и при помощи синергетического подхода, требуют разработок.