View message

13 вересня 2024 року в Інституті біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України відбулося чергове засідання загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології». Із міждисциплінарною доповіддю «Абіогенез. Деталі хімічного етапу еволюції біосфери» виступив професор кафедри органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету доктор хімічних наук Василь Пивоваренко.

Керівник семінару, заступник директора з наукової роботи Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, завідувач відділу біохімії м’язів цього Інституту академік Сергій Костерін у вступному слові розповів присутнім про наукові інтереси доктора хімічних наук, професора Василя Пивоваренка, головне місце серед яких посідає створення багатоканальних флуоресцентних зондів для вивчення будови складних молекул і міжмолекулярних взаємодій у розчинах (зокрема, під його керівництвом розроблено високоселективний зонд для визначення АТФ у водних розчинах). Утім, науковець має власні погляди і на найцікавішу проблему, що стосується фізико-хімічних аспектів абіогенезу та біогенезу. Йдеться про етапи еволюції поверхні й атмосфери Землі, відбір хімічних процесів до біологічних (перехід у послідовності «неорганічні речовини –> органічні речовини –> макромолекули»), конверсію рацематів у енантіомерно чисті системи природного відбору. Академік Сергій Костерін також зазначив, що черговий доповідач загальноакадемічного семінару є членом Європейської фотохімічної асоціації. А ще – активно викладає: читає студентам курси міждисциплінарних лекцій «Хімія білка», «Хімія ліпідів», «Фізичні методи дослідження природних сполук», які стосуються біохімії та молекулярної біології, та курси лекцій «Механізми органічних реакцій», «Комп’ютери в наукових дослідженнях» тощо. Близько двохсот лекцій доктора хімічних наук, професора Василя Пивоваренка доступні для перегляду на відеоплатформі YouTube.

Керівник семінару академік Сергій Костерін (ліворуч) відкриває засідання

По тому слово було надано доповідачеві. Доктор хімічних наук, професор Василь Пивоваренко звернув увагу насамперед на необхідність поглиблення уявлень про еволюцію хімічних процесів у зоні формування Сонячної системи під час акреції, при утворенні планети Земля і подальшому охолодженні її поверхні. Впродовж такої еволюції утворюється цикл фотосинтезу органічних сполук в атмосфері та їхнього терморозпаду на поверхні до газів – складників первинної атмосфери. Він характерний для всіх планет із метановмісною атмосферою та гарячою поверхнею. Охолодження земної кори призводить до накопичення найстабільніших органічних сполук на поверхні, серед яких домінують ароматичні азагетероцикли та вищі вуглеводні.

Доповідає доктор хімічних наук, професор Василь Пивоваренко

При перетині критичної точки води відбувається масштабна конденсація води з атмосфери й утворюються первинні океани – колоїдні системи органіки у воді. У водному просторі термохімічні цикли еволюціонують з утворенням газів і стабільнішої органіки. Внаслідок охолодження у зоні терморозпаду дедалі більше починають домінувати каталітичні процеси, а позитивний зворотний зв’язок (автокаталіз) призводить до масштабування швидких автокаталітичних циклів і ліквідації неефективних. Швидкість дифузії молекул і відстань дифузії – визначальні в автокаталізі. Як наслідок, еволюція автокаталітичних циклів є найшвидшою у колоїдних системах. Саме колоїди найшвидше еволюціонують (масштабуються найефективніші цикли) й утворюють первинні органічні мікроструктури – пребіонти, які є міцелами з переважним умістом органічних сполук.

Пребіонти у різних ареалах різняться за складом, типом хімічних циклів перетворень, структурою, що є результатом різних умов існування (температури, тиску і складу середовища). Отже, закон природного відбору починає працювати ще в абіогенезі, до утворення біосфери. Вирішальним процесом у переході від пребіонтів до біонтів (живих організмів) є синтез ліпідів, які формують оболонку клітини біонта – цитоплазматичну мембрану. Оболонка зменшує швидкість дифузії, проте суттєво стабілізує внутрішнє середовище утвореної везикули щодо зовнішніх впливів. Склад мембран сучасних термофільних архей – одноклітинних організмів – вказує на хімічні шляхи утворення молекул первинних ліпідів та їхню структуру. Найстабільнішими до зміни зовнішніх впливів виявилися пребіонти, в яких синтезувалися ліпіди і – далі – цитоплазматичні мембрани з них. Саме тому вони заполонили водне середовище. Точкою переходу від абіогенезу до біогенезу слід вважати появу гомохіральних одноклітинних організмів, що містять L-амінокислоти, D-вуглеводи тощо. У дослідах з асиметричного автокаталізу гомохіральний розчин утворюється з рацемічної суміші за лічені дні, проте в еволюції біосфери цей циклічний процес тривав мільйони років. Численні приклади розділення рацематів шляхом кристалізації окремих енантіомерів є свідченням мікрогетерогенності розчинів і одночасно вказує на причину природного відбору до гомохіральних організмів. Проте і зараз поява гомохіральності у біосфері є найменш вивченою загадкою зародження життя.

Отже, цикл фотосинтезу – терморозпаду органіки – зародився ще під час утворення планет Сонячної системи. Внаслідок охолодження поверхні первинної Землі він призвів до накопичення органічних сполук, які утворили міцелярні структури у воді після її конденсації на поверхні. Еволюція циклів фотосинтезу – терморозпаду у водному середовищі – була процесом природного відбору найстабільніших у часі циклів. Зміну відновлювальної атмосфери до окиснювальної (кисневу катастрофу) пережили лише найпристосованіші системи циклічних перетворень, які сьогодні називаються організмами. Оскільки в кисневій атмосфері органічні сполуки не утворюються, їхній фотосинтез зараз відбувається лиш у водному середовищі – в клітинах рослин на поверхні Землі та в океанах. Він є основним шляхом збереження й розвитку біосфери Землі. Решта шляхів – мінорні, підкреслив доктор хімічних наук, професор Василь Пивоваренко.

У залі засідань

Із запитаннями і в обговоренні доповіді виступили, зокрема:

• член Президії НАН України, директор Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України академік Сергій Комісаренко;
• заступник директора з наукової роботи Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, завідувач відділу біохімії м’язів цього Інституту академік НАН України Сергій Костерін;
• директор Фізико-хімічного інституту ім. О. В. Богатського НАН України (Одеса) академік Віктор Кузьмін;
• завідувач кафедри фізики функціональних матеріалів фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка член-кореспондент НАН України Микола Куліш;
• завідувач відділу регуляторних механізмів клітини Інституту молекулярної біології і генетики НАН України член-кореспондент НАН України Віталій Кордюм;
• завідувач лабораторії імунобіології відділу молекулярної імунології Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України доктор біологічних наук, професор Денис Колибо;
• доктор біологічних наук Олександр Демченко.

Запитання до доповідача від академіка Сергія Комісаренка

Запитує доктор біологічних наук, професор Денис Колибо

Виступає член-кореспондент НАН України Віталій Кордюм

Доповідач залюбки слухає коментарі до свого виступу

Дискусія триває

Як зауважив академік Сергій Костерін, аналіз проблеми, якій присвячувалася доповідь, потребує не лише залучення уявлень у термінах закону діючих мас, принципу Ле Шательє – Брауна, термодинамічних потенціалів, а й положень теорії інформації в термінах інформаційної ентропії («ентропії Шеннона»). На завершення керівник семінару подякував доповідачеві та побажав йому подальших великих наукових успіхів.

Керівник семінару академік Сергій Костерін висловлює вдячність за цікаву доповідь докторові хімічних наук, професору Василеві Пивоваренку

Зліва направо: член-кореспондент НАН України Віталій Кордюм, академік Сергій Костерін і доктор хімічних наук, професор Василь Пивоваренко

Наступне засідання загальноакадемічного міждисциплінарного наукового семінару «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» заплановано на жовтень 2024 року. Стежте за анонсами.

За інформацією Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України

Авторка світлин – кандидат біологічних наук Майя Григор’єва