Можливо, когось шокує те, що я скажу…, – Нобелівський лауреат з хімії Жан-Марі Лен

Львів відвідав вчений зі світовим ім’ям, Нобелівський лауреат у галузі хімії, професор Жан-Марі П’єр Лен. У Національному університеті «Львівська Політехніка» Жан-Марі Лен прочитав публічну лекцію «Від матерії до життя: хімія? Хімія!», витяги з якої пропонуємо читачам ZAXID.NET:

«Сьогодні я хотів би показати вам широку картину хімії і того, чого хімія стосується. Моя лекція називається «Від матерії до життя», і питання звучить: чи має це щось спільного з хімією? Чи хімія має стосунок до еволюції від неживої матерії до живої матерії? І відповідь звучить: «Так». Я спробую показати вам певні способи, якими така еволюція може відбуватися, деякі досить загальні погляди на це.

Отже, все почалося з Великого Вибуху, це – народження нашого Всесвіту. Космологи кажуть, що Великий Вибух почався 13,7 млрд. років тому. Спочатку була лише енергія - жодної хімії, лише фізика. Фізика правила на початку Всесвіту. Коли Всесвіт почав розширюватися, він почав холонути. І поки він ставав холоднішим, з’явилися атоми, а коли він став ще холоднішим, атоми почали з’єднуватися між собою у молекули. З цього і почалася хімія.

Потім, завдяки складним процесам, які ми тільки пробуємо зрозуміти, молекули почали ставати все складнішими і складнішими. І на певному етапі, завдяки процесу, якого ми наразі ще не розуміємо, але одного дня обов’язково зрозуміємо, на Землі з’явилося життя. Тобто – почалася еволюція.

Згідно з біологією, еволюція живих організмів призвела до появи думаючого живого організму. Прості форми життя еволюціонували до рівня надзвичайно складного стану матерії – до  думаючої істоти, до людини. Але я хотів би підкреслити, що ми, люди, не є кінцем еволюції. Еволюція продовжуватиметься ще багато-багато років, і людська сутність зміниться, я в цьому переконаний. Можливо, когось шокує те, що я скажу, але я думаю, що через 10 тисяч років – якщо ми все ще будемо тут, якщо не висадимо планету в повітря – ми дуже змінимося.

Отже, ми, люди – надзвичайно складний, комплексний стан матерії. А спочатку матерія була розділена на частинки – частинки, які об’єднувалися в атоми, ущільнювалися. Потім – організовувалися. Після організації – знову ж таки, завдяки процесам, які ми наразі не розуміємо – на певному етапі матерія еволюціонувала таким чином, що в неї з’явилася здатність думати. Що станеться далі, ми не знаємо – але, ймовірно, щось таки станеться.

Ми можемо стверджувати, що матерія розвивалася завдяки інформації. Стаючи все більш і більш складною, матерія ставала все більш «інформованою». Початкове запитання, яке тут варто поставити – яким чином це відбулося? Яким чином з неживої матерії, що наповнювала Всесвіт, виникла матерія, що здатна осмислювати цей Всесвіт?

Відповідь на це запитання ми знаємо: завдяки самоорганізації, що почасти базувалася на силі тяжіння і електромагнетичних силах. Самоорганізація – це рушійна сила Всесвіту, певний космічний імператив. Можна стверджувати, що самі закони Всесвіту, за якими він функціонує, просто не дозволяють уникнути самоорганізації. І покладаючись на цей імператив, ми можемо стверджувати, що на певному етапі жива і думаюча матерія повинна виникнути у Всесвіті. Тому не виключено, що навколо нас є інші живі організми – Всесвіт наповнений мільярдами планет, і щось живе на якихось із них мусить бути.

Отже, перед тим, як виникло життя, через самоорганізацію мусила відбуватися еволюція неживої матерії – адже якщо б матерія не ставала чимраз складнішою, то життя ніколи не могло б виникнути. Це твердження дозволяє нам узагальнити дарвінівську концепцію еволюції на неживу матерію. Власне хімія дозволяє нам об’єднати ці дві еволюції в один науковий розділ, адже хімік займається вивченням структури і перетворенням як живої, так неживої матерії.

Зокрема, молекулярна хімія займається власне питанням організації молекулярних структур, тим, як ця організація відбувається. Особливо сильною молекулярна хімія стала після того, як Роберту Вудворду і Альберту Ешенмозеру вдалося синтезувати вітамін В12. Після цього прориву молекулярна хімія розвивалася надзвичайно швидко.

Одне із головних завдань, які постали перед нею, полягало в тому, щоб зрозуміти, яким чином молекули розпізнають одна одну для того, щоб взаємодіяти – адже одні молекули між собою взаємодіють, а інші – ні. Це гарно ілюструє діяльність «клітин-вбивць» у людському організмі, які повинні розпізнавати погані клітини – скажімо, ракові – і знищувати їх. При цьому їм не можна знищувати здорові клітини, бо це було б згубно для всього організму.

Отже, яким чином ці «клітини-вбивці» розпізнають хвору клітину? Яким чином вірус ВІЛ розпізнає кров’яні клітини, щоб їх заразити? Якщо знайти відповіді на ці запитання, це відкрило б величезні можливості у боротьбі з хворобами. Вивченням цього процесу розпізнавання між молекулами займається супрамолекулярна хімія – поле моєї діяльності.

Завдяки супрамолекулярній хімії ми можемо зрозуміти, як відбувається зв'язок у молекулі ДНК. Так, відомо, що ДНК складається з чотирьох хімічних сполук, що несуть інформацію – аденіну, гуаніну, тиміну і цитозину. При цьому аденін взаємодіє лише з тиміном, а гуанін – лише з цитозином. Якраз завдяки інформації аденін автоматично знаходить собі в «пару» тимін,  а гуанін – цитозин.

Найпростіше пояснення того, як передається ця інформація і відбувається зв'язок, запропонував Еміль Фішер у своїй концепції «Замка і ключа»: молекули повинні підходити одна одній, як ключ до замка. Найпростішим ключем в геометрії є сфера, і в хімії також є «сферична» група елементів: літій, натрій, калій, рубідій і кальцій. Всередині молекули кожного із них є сферична дірка, «замок», розмір якої чітко відповідає лише одному із них і дозволяє взаємодіяти з ним лише певним молекулам. Це – найпростіший спосіб передачі інформації між молекулами.

Отже, оскільки супрамолекулярна хімія займається розпізнаванням і передачею інформації між молекулами, вона має велике прикладне значення в прикладних науках. Скажімо, при виробництві ліків вона дозволяє зрозуміти, як зробити так, щоб активна хімічна сполука подіяла саме так, як потрібно, у потрібному місці.

Вона також дозволяє проводити горизонтальний перенос генів: у тому випадку, якщо генний набір тої чи іншої клітини є пошкодженим, ми можемо вводити в клітину новий, здоровий ген. Для цього ми повинні лише знати, які саме молекули може пропускати клітинна мембрана і чому.

Сьогодні можна стверджувати, що саме розпізнавання, тобто передача інформації керувала самоорганізацією – рушійною силою еволюції неживої матерії. Можна також стверджувати, що хімічні системи є інформаційними системами, що вони є запрограмованими – і це дуже важливо для розвитку електронних технологій і розробки комп’ютерів.

Нині комп’ютери збудовані на основі мікрочіпів, які намагаються зробити все меншими і меншими. Але на певному етапі зробити їх меншими вже буде неможливо, і саме на цьому етапі можна буде продовжувати цей розвиток завдяки хімічним сполукам, що передають інформацію. На основі здатності молекул самоорганізовуватися можна буде створити комп’ютери, чіпи яких збиратимуться і розбиратимуться самостійно. Іншими словами, ми зможемо дозволити предмету самостійно себе створювати.

Таким чином можна буде забезпечити і те, що створені таким чином комп’ютери будуть здатні пристосовуватися до змінних умов і самі коригувати свої помилки, збираючи і розбираючи свої інформаційні складові. Зрештою, людський мозок – це також комп’ютер, найбільш потужний із відомих науці комп’ютерів, і він працює саме на принципі самоорганізації. А майбутнє комп’ютерного розвитку має полягати не в тому, щоб робити речі меншими, а в тому, щоб робити їх складнішими.

Багато людей у цілому світі готові опиратися подібному науковому прогресу. Але знання, наука – це Прометей, що подарував нам вогонь, і ми не можемо віддати цей вогонь назад. Ми не можемо повернутися на дерева. Те, що ми знаємо – ми знаємо, і тому науку неможливо спинити.

Наука виникла тоді, коли Єва скуштувала заборонений плід пізнання – і в майбутньому дерево знання дасть нам контроль над власною долею. Я вірю, що ми дізнаємося таємниці Всесвіту – і вірю, що багато хто з вас, тут присутніх, зробить у це свій внесок».

Жан-Марі П’єр Лен, Львівська політехніка, 8 вересня 2010 року.

.

Довідка ZAXID.NET

Жан-Марі Лен французький хімік. Отримав Нобелівську премію разом із Дональдом Крамом та Чарльзом Педерсеном у 1987 за працю в галузі хімії, зокрема, за синтез криптандів. Лен був одним з перших новаторів у галузі супрамолекулярної хімії, тобто хімії молекулярних комплексів типу "гість-господар", що утворюються внаслідок міжмолекулярних взаємодій, і продовжує нововведення в цій області. Він опублікував більше 800 рецензованих статей в хімічній галузі.

Фотографії ZAXID.NET та центру громадських зв’язків ЛНУ ім. І.Франка

Лекцію законспектував і переклав Данило Мокрик