ПЕТРО СТРИЖАК: «МЕНЕ ЦІКАВИТЬ УСЕ СКЛАДНЕ»

«Цей експеримент настільки простий, що його можна було б провести в шкільній хімічній лабораторії. Але результатом його є дивні структури, які, хоча й утворені з неорганічних речовин, мають деякі характеристики живих організмів.

Більшість хімічних сполук, утворюючи осад, швидко осідають на дно склянки без жодних змін. Тому факт того, що динамічні структури, подібні до живих клітин, можуть спонтанно утворюватися з нескладного розчину, є вражаючим», — таку думку висловили журналу «Нейчер» (Nature) учені, які зробили це відкриття, — Єжі Маселко, професор Університету Аляски, та Петро Стрижак, професор, завідувач відділу Інституту фізичної хімії ім. Л.Писаржевського Національної академії наук України. Публікація про результат їхньої спільної роботи в такому престижному науковому журналі, як «Нейчер», є, безперечно, великою подією. В інтерв’ю «ДТ» професор Стрижак висловив упевненість у тому, що в галузі фізичної хімії — дослідженні явищ детермінованого хаосу — Україна є визнаним світовим лідером.

— Петре Євгеновичу, чи можливо простими словами пояснити, що таке детермінований хаос?

— Найточніше це можна пояснити на прикладі впливу змахів крил метелика на зміну погоди в усьому світі. Цей приклад описаний у літературі. Взагалі, рух є детермінованим, якщо він підпорядковується певному закону, але за певних умов цей рух стає дуже складним, тобто непередбачуваним. Це стосується будь-якої системи — наприклад, погоди. І якщо ми зробимо якусь детерміновану модель погодного явища і подивимося, яким чином будь-яке мале збурення буде впливати на прогнозування погоди, то визначиться, що змах крил метелика призводить до катастрофічних змін у погоді. Тобто детермінований хаос — це такий непередбачуваний коливальний рух системи, коли будь-які малі локальні зміни у системі призводять до великих проявів у часі та просторі.

— Як українським ученим вдалося стати світовими лідерами у цьому напрямку?

— З десяток груп у світі займаються цією проблемою, але, оскільки мій учитель — Костянтин Борисович Яцимірський, засновник школи фізико-неорганічної хімії та біонеорганічної хімії — на той час був лідером у таких складних методах аналізу в аналітичній хімії, як кінетичні, то ми були першими, хто чітко і ясно поставив таке завдання. Тому й випередили всіх на два-три роки. Нашою головною ідеєю було використання найскладнішого явища самоорганізації — явища детермінованого хаосу — в аналітичній хімії. Ми успішно справилися з цим завданням, і всі посилання в світовій літературі, що стосуються цього питання, робляться на нас.

— Як зародилася ідея цієї роботи?

— У 1993 році на Гордонівській конференції в США зустрівся з моїм колегою Єжі Маселко, який емігрував туди з Польщі на початку 1980-х років. Ми з ним неодноразово спілкувалися на таких конференціях, і в 1999 році дійшли висновку, що цікаво було б об’єднати зусилля. Основна ідея Маселко — довести можливість існування самоорганізації різноманітних форм, які спостерігаються в живій природі, а моя сфера інтересів — це автоколивальні хімічні реакції, самоутворення просторових структур, гетерогенно-каталітичні реакції. Ми вирішили сконструювати таку систему, яка б не просто утворювала якусь мембрану (що було відомо і до робіт Маселко), а щоб усередині мембрани проходила хімічна реакція, а у розчині вона не спостерігалася. Ми отримали спільний україно-американський грант у Національній науковій організації (National Science Foundation) на два роки. Спочатку нам це не вдалося, а згодом професор Маселко приїхав до Києва, і ми тут проводили експерименти. Сама ідея була зрозуміла, але сконструювати таку систему і показати, що в експерименті я беру легкодоступні неорганічні речовини і в результаті отримую ось таке хімічне чудо — це вже інша річ.

— Яким був шлях до цього хімічного чуда?

— Ми вирішили сконструювати таку хімічну систему, яка б повторювала в певній мірі живу. Жива матерія має такі характеристики: по-перше, вона функціонує далеко від термодинамічної рівноваги (а будь-яка система, що самоорганізується, функціонує саме в таких умовах). По-друге, жива система характеризується розділенням у просторі певних хімічних процесів, тобто повинна мати мембрану. А за умов функціонування далеко від термодинамічної рівноваги через таку мембрану повинен бути потік енергії та матерії. По-третє, у живої системи є генетична пам’ять. Якщо система має ці три характеристики, то вона жива. Але при цьому постає питання: яким чином система, яка має такі характеристики, з’явилася у Всесвіті з однорідної речовини. І ми провели експеримент, в якому маємо спочатку однорідний розчин, у котрому є тверда речовина. Це — модель, наприклад, Світового океану. Ми сконструювали систему таким чином, що через певний час утворюється мембрана, через яку ми маємо потік речовини, при цьому у нас у внутрішній порожнині мембрани перебігає хімічна реакція таким чином, що реагенти з розчину дифундують крізь мембрану всередину, там реагують, і продукти реакції виходять крізь мембрану в розчин, назовні. Всередині мембранної структури знаходиться каталізатор, який прискорює перетворення реагентів у продукти. При цьому важливо, що така система самоорганізувалася. Ми взяли лише таблетку твердої речовини, в якій був каталізатор, помістили її у розчин, при цьому утворилася мембрана, і самоорганізувалася ось така нерівноважна система.

— Якщо не таємниця, що це за розчин і що це за тверда речовина?

— Це насичений розчин карбонату натрію, який містить йодид-йони та пероксид водню. Ще було додано крохмаль, щоб візуалізувати продукт реакції — йод (усі знають, що крохмаль при взаємодії з йодом набуває синього забарвлення. У мембранній структурі, всередині якої перебігає хімічна реакція, крохмаль відсутній). А таблетка — це хлорид кальцію, в якому є певна кількість сульфату міді, тобто мідного купоросу. Цей експеримент може провести будь-який школяр в шкільній хімічній лабораторії.

— Яке значення може мати ваше відкриття, скажімо, для еволюційного вчення?

— Нашою метою було показати один із основних шляхів зародження життя у Всесвіті. На сьогодні відомо багато експериментів, що доводять можливість утворення амінокислот із певних неорганічних сполук, а також — пептидів з амінокислот. Однак вони показують лише, як утворюються органічні молекули, але не дають відповіді на питання, яким чином пройшла самоорганізація таких молекул. Ми виходили не з того, органічна чи неорганічна структура, а з того, що отримали дві ознаки живої матерії з простої системи, яка самоорганізувалася. Досі я не зустрічав жодного прикладу, щоб неорганічна система мала такі властивості.

— Який розвиток може мати цей напрям досліджень?

— Гадаю, що такі експерименти буде продовжено. Що ж до мене, то я знайшов відповідь на питання, яке перед собою ставив, а тепер займаюся проблемами гетерогенного каталізу. Взагалі, мене цікавить усе складне. На сьогодні це, перш за все, — яким чином гетерогенна структура каталізатора впливає на його характеристики. Я вже два роки займаюся цією проблемою, і вже є певні успіхи. Практичне значення її вирішення важко переоцінити: ми знайдемо відповідь, яким чином зміна морфології, або неоднорідної структури каталізатора може суттєвим чином підвищити параметри реального технологічного процесу. Якщо нам вдасться підвищити ефективність каталізатора багатотонажного процесу лише на один відсоток, то в масштабах хімічного виробництва у світі це дасть десятки і сотні мільярдів доларів. Я певен, що наші розробки будуть упроваджуватися.

— У вас дуже різноманітні напрямки досліджень. Як формувалися ваші наукові інтереси?

— Мені навіть важко відповісти. Одне можу сказати напевно: треба читати багато наукової літератури, спілкуватися з ученими, їздити по різноманітних лабораторіях, тобто жити в науковому середовищі. Чому я став займатися детермінованим хаосом? Мій учитель, Костянтин Борисович Яцимірський, прочитав публікацію в «Science» (я тоді тільки захищав кандидатську дисертацію) і запропонував мені таку тематику. Згодом я вийшов на гетерогенні системи і використання фракталів у хімічній кінетиці і для гетерогенно-каталітичних систем. Вважаю, що за декілька років ці результати теж здобудуть визнання.

— Як ви прийшли до Інституту фізичної хімії?

— Я завжди мріяв працювати в цьому інституті! Для мене це питання було вирішено ще з сьомого класу. Я був учасником шкільних олімпіад з хімії — міських, республіканських, союзних. Я відвідував два хімічних гуртки, а люди, які нас навчали, працювали в цьому інституті. До 10 класу я повністю освоїв курс хімії, а потім вирішив, що мені треба вивчити краще фізику і математику, і тому вступив до МФТІ на цільовий — київський — набір. Після четвертого курсу я вже працював в інституті. Інститут фізичної хімії імені Писаржевського — це найкращий інститут!

— Він стоїть на одному рівні з аналогічними інститутами інших країн?

— Безперечно. У нас тут працювали і німці, і поляки, і угорці, і американці… Так що в Україні фізична хімія розвинена на світовому рівні.

— А як ви ставитеся до нарікань на те, що наша наука не має достатнього фінансування?

— У мене зараз стільки грантів, що я навіть їхніх назв не зможу перелічити. Просто треба працювати.