«Нам пришлось снять шляпу перед нашей субстанцией»
Наверное, каждый из нас не раз задумывался, каким образом из неживой материи однажды появилась живая. Где эта грань? В чем принципиальная разница? Каковы условия этого перехода? Можно ли их создать искусственно?
Оказывается, возможность такого перехода осуществляют гуминовые системы, поддерживающие жизнь во всем ее разнообразии. Что это такое, почему важно их изучать и какие новые возможности нам это дает, рассказывает Ирина Перминова, доктор химических наук, профессор, заведующая лабораторией природных гуминовых систем кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза химического факультета МГУ.
Век сложного вещества
Основная область нашего интереса — природное органическое вещество. Мы работаем на стыке живого и неживого. Гуминовые вещества — это продукт разложения всей живой органики, в который превращаются растения после отмирания. Они играют очень большую роль для сохранения и поддержания жизни природы, потому что делают неживое пригодным для жизни живого. Растения, умирая, сами удобряют почву. Такие системы, как почва, могут существовать только благодаря тому, что есть наши гуминовые системы.
Жан-Мари Лен, нобелевский лауреат по химии 1987 года, впервые дал определение супрамолекулярной химии. Он, слава Богу, жив до сих пор и занимается химией сложных систем в Университете Страсбурга (Франция). Я слушала его в 2019 году в Париже, он выступал на конгрессе, посвященном 100-летию Международного общества чистой и прикладной химии (IUPAC). Удивительный мыслитель, философ и потрясающий химик. Он сказал так: «Все знают, что такое основной вопрос биологии. Это происхождение жизни. Все знают основной вопрос физики — происхождение нашей Вселенной. А что такое основной вопрос химии?»
Это вопрос, как произошло сложное вещество. Он считает, и я с ним полностью согласна, что XXI век — это век сложного вещества, сложных систем. Это звездный час для моей науки, потому что гуминовыми веществами я начала заниматься еще в 1982 году. И вот уже 40 лет пытаюсь ответить на вопрос, что такое гуминовые системы. Нам пришлось снять шляпу перед нашей субстанцией и сказать, что она нас учит непрерывно. Благодаря тому, что мы работаем с веществом такой сложности, мы занимаемся, по сути, всеми химиями сразу.
«Все знают, что такое основной вопрос биологии. Это происхождение жизни. Все знают основной вопрос физики — происхождение нашей Вселенной. А что такое основной вопрос химии?» Жан-Мари Лен, нобелевский лауреат по химии 1987 года
Знаем, что ничего не знаем
Что мы знаем о гуминовом веществе? Мы знаем, что это сложная система. Мы многое знаем, гораздо больше, чем многие, про эти вещества. Мы работаем над тем, чтобы дать им химическое определение. Но химического определения нет. Все существующие определения являются феноменологическими, сугубо описательными либо операционными. Например, гуминовые вещества — это то, что извлекается щелочью из почвы или твердых горючих ископаемых (торф, уголь). Мы знаем, что они берутся из растений: отмирают растения, в их составе ароматический скелет, есть углеводные, пептидные, фенольные и другие фрагменты.
При этом, поскольку это продукт разложения, образуется огромное количество низкомолекулярных соединений, чуть поменьше — олигомеров и совсем мало — остатков биомакромолекул-прекурсоров.
Для изучения молекулярного состава гуминовых систем мы работаем с масс-спектрометрией сверхвысокого разрешения, это наш основной инструмент познания сложности гуминовой материи. Только он позволил нам описывать гуминовую систему числами, мы уже можем это делать. Мы видим в их составе порядка сотни тысяч молекулярных составов.
А теперь попробуйте сто тысяч молекулярных составов умножить на 107 количества изомеров — это размер химического пространства, которое содержится в капле любой гуминовой субстанции, которую мы извлекаем из почвы, воды, угля. Сколько получится?