ПЕТР СТРИЖАК: «МЕНЯ ИНТЕРЕСУЕТ ВСЕ СЛОЖНОЕ»

«Этот эксперимент настолько прост, что его можно было бы провести в школьной химической лаборатории. Но результатом его являются удивительные структуры, которые хотя и образованы из неорганических веществ, обладают некоторыми характеристиками живых организмов.

Большинство химических соединений, образуя осадок, быстро оседают на дно стакана без каких бы то ни было изменений. Поэтому тот факт, что динамические структуры, похожие на живые клетки, могут спонтанно образовываться из несложного раствора, поразителен», — такое мнение высказали журналу «Нейчер» ученые, открывшие это явление, — Ежи Маселко, профессор Университета Аляски, и Петр Стрижак, профессор, заведующий отделом Института физической химии им. Л.Писаржевского Национальной академии наук Украины. Публикация о результате их совместной работы в таком престижном научном журнале, как «Нейчер», является, бесспорно, крупным событием. В интервью «ЗН» профессор Стрижак высказал уверенность в том, что в отрасли физической химии — исследовании явлений детерминированного хаоса — Украина является признанным мировым лидером.

— Петр Евгеньевич, можно ли простыми словами объяснить, что такое детерминированный хаос?

— Наиболее точно это можно объяснить на примере влияния взмахов крыльев бабочки на изменение погоды во всем мире. Этот пример описан в литературе. Вообще движение является детерминированным, если оно подчиняется определенному закону, но при определенных условиях это движение становится очень сложным, то есть непредсказуемым. Это касается любой системы — например, погоды. И если мы сделаем какую-нибудь детерминированную модель погодного явления и посмотрим, каким образом любое небольшое возмущение будет влиять на прогноз погоды, то станет ясно, что взмах крыльев бабочки приводит к катастрофическим изменениям в погоде. То есть детерминированный хаос — это такое непредвиденное колебательное движение системы, когда любые небольшие локальные изменения в ней приводят к большим проявлениям во времени и пространстве.

— Каким образом украинским ученым удалось стать мировыми лидерами в этом направлении?

— Около десяти групп в мире занимаются этой проблемой, но, поскольку мой учитель — Константин Борисович Яцимирский, основатель школы физико-неорганической химии и бионеорганической химии — в то время был лидером в таких сложных методах анализа в аналитической химии, как кинетические, мы были первыми, кто четко и ясно поставил такую задачу. Потому и опередили всех на два-три года. Нашей главной идеей было использование сложнейшего явления самоорганизации — явления детерминированного хаоса — в аналитической химии. Мы успешно справились с задачей, и все ссылки в мировой литературе, касающиеся этого вопроса, делаются на нас.

— Как возникла идея этой работы?

— В 1993 году на Гордоновской конференции в США я встретился с моим коллегой Ежи Маселко, эмигрировавшем туда из Польши в начале 1980-х годов. Мы с ним неоднократно общались на таких конференциях, и в 1999 году пришли к выводу, что интересно было бы объединить усилия. Основная идея Маселко — доказать возможность существования самоорганизации разнообразных форм, наблюдаемых в живой природе, а моя сфера интересов — это автоколебательные химические реакции, самообразование пространственных структур, гетерогенно-каталитические реакции. Мы решили сконструировать такую систему, которая не просто образовывала бы какую-то мембрану (что было известно и до работ Маселко), но чтобы внутри мембраны проходила химическая реакция, а в растворе она не наблюдалась. Мы получили совместный украино-американский грант в Национальной научной организации на два года. Поначалу у нас ничего не удавалось, а потом профессор Маселко приехал в Киев, и мы здесь проводили эксперименты. Сама идея была понятна, но сконструировать такую систему и показать, что в эксперименте я беру легкодоступные неорганические вещества и в результате получаю вот такое химическое чудо — уже иное дело.

— Каким был путь к этому химическому чуду?

— Мы решили сконструировать такую химическую систему, которая повторяла бы в определенной степени живую. У живой материи такие характеристики: во-первых, она функционирует далеко от термодинамического равновесия (а любая самоорганизующаяся система действует именно в таких условиях). Во-вторых, живая система характеризуется разделением в пространстве определенных химических процессов, то есть должна иметь мембрану. А при условиях функционирования далеко от термодинамического равновесия через такую мембрану должен проходить поток энергии и материи. В-третьих, у живой системы есть генетическая память. Если у системы наличествуют эти три характеристики, то она живая. Но при этом возникает вопрос: каким образом система с такими характеристиками появилась во Вселенной из однородного вещества? И мы провели эксперимент, в котором наличествует сначала однородный раствор с твердым веществом. Это — модель, например, Мирового океана. Мы сконструировали систему таким образом, что через определенное время образовывается мембрана, через которую идет поток вещества. Вместе с этим у нас во внутренней пустоте мембраны протекает химическая реакция таким образом, что реагенты из раствора диффундируют сквозь мембрану всередину, там реагируют, и продукты реакции выходят через мембрану в раствор, наружу. Внутри мембранной структуры находится катализатор, ускоряющий превращение реагентов в продукты. При этом важно, что такая система самоорганизовалась. Мы взяли лишь таблетку твердого вещества, в котором был катализатор, поместили его в раствор, образовалась мембрана, и самоорганизовалась вот такая неравновесная система.

— Если не секрет, какой это раствор и какое твердое вещество?

— Это насыщенный раствор карбоната натрия, содержащий йодид-ионы и пероксид водорода. Еще был добавлен крахмал, чтобы визуализировать продукт реакции — йод (все знают, что крахмал при взаимодействии с йодом приобретает синюю окраску. В мембранной структуре, внутри которой протекает химическая реакция, крахмал отсутствует). А таблетка — это хлорид кальция, в котором есть определенное количество сульфата меди, то есть медного купороса. Этот эксперимент может провести любой школьник в школьной химической лаборатории.

— Какое значение может иметь ваше открытие, скажем, для эволюционного учения?

— Наша цель — показать один из основных путей зарождения жизни во Вселенной. На сегодня известно много экспериментов, доказывающих возможность образования аминокислот из определенных неорганических соединений, а также — пептидов из аминокислот. Но они показывают только, как образовываются органические молекулы, но не дают ответа на вопрос, каким образом прошла самоорганизация таких молекул. Мы исходили не из того, органическая или неорганическая структура, а из того, что получили два признака живой материи из простой самоорганизовавшейся системы. До сих пор я не встречал ни одного примера, где бы у неорганической системы были такие свойства.

— Каковы перспективы развития этого направления исследований?

— Думаю, что такие эксперименты будут продолжаться. Что же касается меня, то я нашел ответ на вопрос, который задавал сам себе. Сейчас я занимаюсь проблемами гетерогенного катализа. Вообще, меня интересует все сложное. На сегодня это, прежде всего, — каким образом гетерогенная структура катализатора влияет на его характеристики. Я уже два года занимаюсь этой проблемой, и имеются определенные успехи. Практическое значение ее решения трудно переоценить: мы найдем ответ, как изменение морфологии, или неоднородной структуры катализатора может существенным образом повысить параметры реального технологического процесса. Если нам удастся повысить эффективность катализатора многотоннажного процесса только на один процент, то в масштабах химического производства в мире это даст десятки и сотни миллиардов долларов. Я уверен, что наши разработки будут внедряться.

— Ваши направления исследований очень разнообразны. Как формировались ваши научные интересы?

— Мне даже трудно ответить. Одно могу сказать наверняка: нужно читать много научной литературы, общаться с учеными, то есть жить в научной среде. Почему я стал заниматься детерминированным хаосом? К.Яцимирский прочитал публикацию в «Сайенс» (я тогда только защищал кандидатскую диссертацию) и предложил мне такую тематику. Со временем я вышел на гетерогенные системы и использование фракталов в химической кинетике и для гетерогенно-каталитических систем. Считаю, что через несколько лет эти результаты тоже будут признаны.

— Как вы пришли в Институт физической химии?

— Я всегда мечтал работать в этом институте! Для меня этот вопрос был решен еще с седьмого класса. Я был участником школьных олимпиад по химии — городских, республиканских, союзных. Я посещал два химических кружка, а люди, учившие нас, работали в этом институте. До 10 класса я полностью освоил курс химии, а потом решил, что мне нужно лучше выучить физику и математику, и поэтому поступил в МФТИ на целевой — киевский — набор. После четвертого курса я уже работал в институте. Институт физической химии имени Писаржевского — это наилучший институт!

— Он стоит на одном уровне с аналогичными институтами других стран?

— Безусловно. У нас здесь работали и немцы, и поляки, и венгры, и американцы... Так что в Украине физическая химия развита на мировом уровне.

— А как вы относитесь к сетованиям на то, что наша наука недостаточно финансируется?

— У меня сейчас столько грантов, что я даже их названий не смогу перечислить. Просто нужно работать.