Еволюция има, загадка е началото є

Главният редактор в издателство
„Аз-буки“ проф. Николай Денков и неговият екип търсят произхода на живота

50 български учени са в първите два процента в света съгласно класация на Стандфордския университет. Сред тях e и чл.-кор. проф. д.х.н. Николай Денков от Софийския университет – главен редактор на сп. „Химия. Природните науки в образованието“ на Национално издателство
„Аз-буки“. Той казва, че за първи път тази класация придобива такава публичност у нас. Тя се основава изцяло на базата данни SCOPUS, които се събират от години. Сега е направен доста по-задълбочен анализ за публикациите и цитиранията на учени от всички области. В методиката за образуване на крайния резултат има елемент на натрупване – ако някой е работил по-дълго и има повече цитирания, се качва по-нагоре. Класацията отразява влиянието на даден учен върху изследванията на други автори по света и показва къде се намира той в съответната област спрямо колегите си.

Екипът на проф. Денков изследва неживи обекти с размер и форма, наподобяващи тези
на живите, които осъществяват процеси, характерни за живите организми

Произходът на живота е една от най-новите теми, върху които работят чл.-кор. проф. д.х.н. Николай Денков и неговият екип. Основен въпрос в науката, който няма решение и до днес, е: къде, кога и как е възникнал животът. Това са трите страни на един и същи въпрос, пояснява ученият. Според него, когато се говори за възникването на живота, често в масмедиите се обсъжда как са правени експерименти, при които са получени сложни органични молекули. От 50-те години на миналия век доскоро това е фокусът на изследванията за произхода на живота – как от неорганични прости молекули, като вода, метан, въглероден диоксид, амоняк, циановодород, могат да се получат по-сложните молекули, които са в основата на живите организми. През последните 20 – 30 години обаче става ясно, че да се получат такива органични молекули от неорганични, е сравнително лесно, ако се знаят какви са условията. Тези условия се срещат на различни места – и в Космоса, и на Земята ги е имало в различни периоди и това вече не е загадка за учените. При наличие на достатъчно енергия – слънчева, от радиация, от светкавици, топлинна енергия от вулкани, могат да се създадат достатъчно подходящи условия при смесване на прости молекули да се получат техните сложни производни, които са необходими, но недостатъчни за възникването на живота.
„Но колкото повече се разгадаваше тази част от задачата, толкова повече излизаше като проблем друга част – подчертава проф. Денков. – Тя в момента няма ясен отговор и е свързана с това, че не е достатъчно да получиш молекулите. За да получиш жив организъм, тези молекули трябва да се подредят по изключително сложен начин. Ако се опитаме да разберем как става това с живите организми около нас, например най-простите бактерии, ще видим, че дори и най-елементарните едноклетъчни микроорганизми са толкова сложни, че няма никакъв шанс да са получени чрез случайно комбиниране на молекули. Изводът е, че това, което виждаме днес, е резултат на много дълга биологична еволюция, но ние не знаем кога, къде и как е започнала тя. Теорията за еволюцията, както е развита от Дарвин и доразвита от науката за наследствеността – генетиката, много добре обяснява как се развива еволюционният процес на живите организми. Но остава напълно неясно как се е получил първият организъм, който да еволюира. Науката казва как действа еволюцията – чрез адаптиране към околната среда, усъвършенстване на механизмите за адаптиране, създаване на многоклетъчни организми. Но нямаме идея как, тръгвайки от органичните молекули, каквито има на много места – спътници ги откриват на различни места в Космоса, те са се комбинирали така, че да зададат първата комбинация от молекули, която е започнала да еволюира –
т. е. първото живо същество.“

Върху тази загадка работят десетки групи по света и тя съдържа няколко основни въпроса, уточнява ученият. Част от изследователите проучват как се е получил механиз-
мът за наследственост. Но има и други аспекти – примерно живите микроорганизми, които могат да променят формата си. Това им помага да се закрепят към повърхности, да се придвижват, да пестят енергия и да увеличат обмена си с околната среда. Могат да се делят, могат да образуват спори, както се размножават някои гъби. А това са все явления, които се свързват с живите организми.
„Нашата група изследва дали, тръгвайки от много прости, неживи системи, можем да им предадем някои характеристики на живите клетки – разказва проф. Денков. – При подходящи температурни условия установихме, че микронни капки от много прости органични молекули могат да менят формата си, да се придвижват (или да плуват, както е терминът на английски), да се делят на две, да се разпръскват като спори. С други думи, показахме, че процесите, които наблюдаваме в живата природа с много сложни биомолекули, могат да се случват и с много по-прости молекули. Това позволява да започнем да изследваме дали тези капки от прости молекули след допълнителни процеси могат да стигнат до еволюционния процес. Ние сме в началото на това изследване, но пък идеята е много оригинална и най-важното – никой друг не прави нещо подобно. Публикувахме резултатите в сп. „Нейчър“, както и още една статия в сп. „Нейчър комюникейшън“, очакваме и още една публикация да излезе в списание от тази група. Нашите обекти са с размер на живите клетки – една десета от диаметъра на човешки косъм. Екип от учени в Италия работи с подобни капки, но те са милиметрови и като размер са много различни от живите организми. Основното е, че търсим механизми, чрез които неживи обекти с размер и характеристики, наподобяващи тези на живите, да почнат да се движат и да осъществяват процеси, характерни за живите организми. Идеята е в бъдеще учени, които се занимават с генетика, и ние, които се занимаваме с движенията, да намерим начин да обединим тяхното с нашето знание, за да видим как биха могли да изглеждат първите протобионти – това е терминът за такива неживи обекти, които са се променили така, че се е появила първата жива клетка. Тази първа жива клетка се нарича LUCA в литературата и е първият наш общ предшественик, появил се преди около 4 млрд. години. Първите документирани форми на живот са отпреди 3,7 млрд. години – цианобактерии. Генетичният анализ установява, че LUCA ги е предшествал и е трябвало да има над 350 активни гена, за да функционира като жив организъм – т.е. това трябва да е бил изключително сложен микроорганизъм. LUCA е имал всичко необходимо, за да се храни, дели, да има наследственост и да се адаптира. Това е една от загадките – самият LUCA е толкова сложен като състав и структура, че никой в момента няма представа как се е получил. Изследванията ни сега са за процеси доста преди LUCA и в един момент се надяваме да стигнем до него. Финансират се по програма „Вихрен“ на Фонда за научни изследвания“.
А как учените по света си „разпределят“ научните теми?
Всичко тръгва от експертизата, която има групата или съответният учен, обяснява проф. Денков. Неговата и на неговия екип експертиза е в областта на физикохимията на малките капки, на повърхностно активните вещества. Учените изследват тези вещества и могат да променят свойствата им както никой друг в света и затова екипът се съсредоточава върху този тип проучвания.
„Има една паневропейска мрежа по хемобрионика – в нея участват над 20 страни, като се изследват различни аспекти на произхода на живота. Там участваме тъкмо с тази наша експертиза. С европейските мрежи се цели да се засили сътрудничеството между учените, така че информацията от различните групи да се комбинира и надгражда с общи усилия. През 2020 г. кандидатствахме за нова европейска мрежа – „Изкуствен живот“. Това са дейности по програма КОСТ (европейски мрежи за научно сътрудничество), които стимулират срещите и обмена на учени за провеждане на експерименти в различни лаборатории в Европа. Проектът за изкуствения живот е подаден, чакаме дали ще бъде одобрен.“
А дали в някоя епруветка може да се роди нов Франкенщайн? На този въпрос проф. Денков отговаря шеговито, че в момента по-голямата опасност е да го получим в някой компютър. Много по-трудно е да се получи биологически Франкенщайн, отколкото компютърен. Макар че с напредъка в работата със стволови клетки, със замяната на органи и тази перспектива става все по-реална.