Летняя школа учителей / Съезд учителей и преподавателей химии в МГУ

Когда физик слышит фамилию Кирхгоф, сразу же приходят на ум законы Кирхгофа для электрических цепей, которые мы штудировали на младших курсах при изучении раздела «электричество» в курсе общей физики. Эти законы в 19 веке установил немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф, который хоть и был избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук, но все же всю жизнь работал в Германии.

Менее известно, что членом Петербургской академии за несколько десятков лет до этого состоял его однофамилец Константин Сигизмундович Кирхгоф, который эмигрировал из Германии в Россию в возрасте 28 лет, и всю последующую жизнь работал в Санкт-Петербурге, а в 1812 году был избран академиком.

Константин Сигизмундович был химиком. В официальной истории науки он занимает более скромное место, чем его знаменитый однофамилец, а между тем он сделал ряд основополагающих открытий. Его сейчас помнят, в основном, за то, что в 1812 году он открыл промышленный способ превращения крахмала в сахар. Но с точки зрения сегодняшнего дня более важно то, что он при этом осуществил и описал первую каталитическую реакцию в органической химии.

На это обстоятельство обратил внимание академик Вадим Юрьевич Кукушкин, который взял на себя труд подробно описать научное творчество К.С.Кирхгофа в только что вышедшей статье V. Yu.Kukushkin, «The First Organic Catalytic Reaction: Constantin Kirchhoff's Experiments and Their Place in the History of Catalysis», The Chemical Record, 2026, e70256 (https://doi.org/10.1002/tcr.70256).

Вадим Юрьевич отмечает, что именно К.С.Кирхгоф при исследовании превращения крахмала в сахар первым количественно описал каталитическую реакцию в органической химии. Слово «катализ» в 1812 году еще не было придумано, но Берцелиус в работе 1836 года, где он сформулировал понятие катализа, отдал приоритет именно Кирхгофу как первому, кто осуществил гомогенно-каталитическую реакцию.

Надо отдать должное В.Ю.Кукушкину – он опубликовал научно-биографическое эссе о К.С.Кирхгофе, восстанавливающее его приоритет, на английском языке в ведущем мировом обзорном журнале по химии – так, чтобы аудитория этой статьи была максимально широкой. Тем самым Вадим Юрьевич показал пример бережного отношения к научному наследию российских ученых. Он также отмечает интересную деталь;

«Кроме того, я сделал то, чего, насколько мне известно, раньше никто не делал. Я разыскал оригинальную публикацию Кирхгофа 1812 года; читать её очень трудно, и её факсимильная копия приведена в Supporting Information к статье. Я перевёл текст в современную орфографию, а затем с помощью нейросети — на английский язык той эпохи. Этого потребовали рецензенты: поначалу я сделал перевод на современный английский, но они его не приняли, и, к моему удивлению, нейросеть легко справилась с английским языком начала XIX века. Всё это вошло в Supporting Information.

Теперь работа Кирхгофа доступна для чтения. Раньше её если и цитировали — за сахар, — то вряд ли читали: и нам с вами прочесть оригинал очень непросто. Свою задачу я видел в том, чтобы донести до химического сообщества эти значимые эксперименты, которые помогли Берцелиусу сформулировать принцип катализа. Статью я адресую всем, кто интересуется историей химии, но, конечно, и специалистам в области катализа, и химикам-органикам: речь в ней идёт о самых истоках обеих областей.»

Supporting Information к статье находится в открытом доступе. Там можно ознакомится с самой статьей «О приготовлении сахара из крахмала». Она написана на русском языке со старой орфографией (с буквой «ять»). Весьма интересно получить представление о стиле написания статей в год Наполеоновского нашествия. Там же приведена биография К.С.Кирхгофа.

С начала 2025 года я слежу за проводимыми в Arc Institute (Калифорния, США) работами по развитию нейросетевой ИИ-модели Evo 2. Это, по сути, большая языковая модель (LLM), но она обучается на текстах на «языке ДНК», в которых роль букв играют нуклеотиды в ДНК-последовательностях, то есть это тексты в четырехбуквенном «алфавите». Я писал, что эти тексты были отобраны в ходе миллиардов лет эволюции, поэтому применение к ним LLM-подхода – это очень перспективное новое направление, где можно ожидать реальных научных прорывов:

https://t.me/khokhlovAR/1206

И вот прорыв произошел. В опубликованной позавчера статье в Science сообщается, что ИИ-модель Evo 2 так спроектировала последовательности нуклеотидов в вирусах, чтобы они убивали бактерии кишечной палочки E.coli, в том числе штаммы этой бактерии, устойчивые к природным вирусам. Затем вирусы с этими последовательностями были химически синтезированы в лаборатории. Из 300 полученных таким образом искусственных (т.е. не встречающихся в природе) вирусов 16 действительно уничтожали E.coli:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec2657

На русском языке об этом замечательном результате можно прочитать здесь:

https://naked-science.ru/article/biology/nejroset-vpervye-sgenerir

У меня по поводу этой новости возникли смешанные чувства. С одной стороны, можно констатировать грандиозный научный успех, который получен за счет применения LLM-подхода к «языку ДНК». С другой стороны, память о пандемии COVID-19 еще очень свежа в памяти, и, когда речь идет о новых, доселе не встречающихся в природе вирусах, включаются «защитные механизмы». Авторы статьи, конечно же, говорят о вирусах для лечения пациентов с тяжелыми инфекциями, которые не поддаются лечению антибиотиками, но жизненный опыт здесь подсказывает и более пугающую перспективу.

В СМИ есть много рассуждений о возможности выхода из-под контроля обычных ИИ-моделей, обученных на совокупности произведенных человечеством текстов. Но еще Шекспир вложил в уста Гамлета убийственную реплику, что эти тексты – просто «слова, слова, слова». Не думаю, что с этой стороны есть какая-либо серьезная угроза для человечества. Опасность нейросетевого подхода неожиданно начала вырисовываться совсем с другой стороны, когда ИИ-модели начали обучаться на «языке ДНК», за которым стоят не «слова, слова, слова», а миллиарды лет эволюции.

Недавно я здесь опубликовал короткий пост о создании синтетической клетки из «неживых» химических компонентов:

https://t.me/khokhlovAR/1301

Она способна питаться и размножаться, то есть реплицировать свой геном. Были также продемонстрированы явления, похожие на конкуренцию клеток с различным геномом, приводящие к естественному отбору.

Два дня назад на портале elementy.ru появилась гораздо более подробная статья Александра Маркова об этой замечательной работе ученых из университета Миннесоты (США):

https://elementy.ru/novosti_nauki/434430/Sozdana_sinteticheskaya_kletka_sposobnaya_pitatsya_rasti_delitsya_i_evolyutsionirovat

Статья написана интересно, живо. Несмотря на популярный уровень изложения, все научно значимые акценты точно расставлены. Обсуждаются, в том числе, достижения и ограничения полученных результатов, перспективы дальнейшего развития этого научного направления. Рекомендую прочитать статью А.Маркова тем, кто интересуется проблематикой, связанной с пониманием того, что представляет собой явление, которое мы называем жизнь.

На bioRxiv размещен препринт ученых из университета Миннесоты, в котором они сообщают, что им впервые удалось создать синтетическую клетку из «неживых» химических компонентов:

https://biotic.org/research/spudcell/

Они назвали эту конструкцию SpudCell, она окружена липидной мембраной, обладает геномом из 90 тысяч пар оснований, которые распределены по девяти отдельным молекулам ДНК и содержит 36 белков-ферментов. SpudCell способна питаться и размножаться, то есть реплицировать свой геном. Были также продемонстрированы явления, похожие на конкуренцию клеток с различным геномом, приводящие к естественному отбору.

При этом система имеет ряд ограничений. Во-первых, SpudCell зависит от использования рибосом от бактерий E.coli, то есть все же это не совсем «синтетическая жизнь». Во-вторых, SpudCell будет работать только при добавлении целого ряда химических соединений во внешнюю среду (зависимость от внешнего «питания»). В-третьих, было продемонстрировано полное воспроизведение генома только на протяжении нескольких поколений (нескольких процессов деления клетки).

Тем не менее, работа, безусловно, представляет собой значительный шаг вперед в понимании процессов жизни на молекулярном уровне. На русском языке об этой работе можно прочитать здесь:

https://iz.ru/2125710/uchenye-vpervye-sozdali-sinteticheskuiu-kletku-izi

и здесь:

https://naukatv.ru/news/sozdana_pervaya_v_istorii_sinteticheskaya_kletka_sposobnaya_k_razmnozheniyu

Во второй из этих заметок сообщается, что данную статью уже успели отклонить в журнале Cell, поскольку это – «не настоящая биология». С этим не поспоришь, но все же журнал в русском переводе называется «Клетка».