Hidak a tudományban
Beszélgetés Jean-Marie Lehn Nobel-díjas kémikussal

---

Ez év júniusában Budapesten járt Jean-Marie Lehn, aki 1987-ben megosztott kémiai Nobel-díjat kapott olyan egyszerű molekulák előállításáért, amelyek fontos biológiai folyamatokat „utánoznak”. Az új molekulák képesek ionok, más molekulák felismerésére és megkötésére. Az így kialakuló vegyületeket szupermolekuláknak, tudományukat szupramolekuláris kémiának nevezik.

Lehn professzor másfél napos látogatása során előadást tartott a Francia Intézetben, A tudomány egyszerűen sorozat keretében és a Magyar Tudományos Akadémián. A Nobel-díjas tudóst Kálmán Alajos akadémikus mutatta be a magyar közönségnek.
 

– Néhány évvel ezelőtt arra a kérdésre, hogy mi lett volna, ha nem kémiát tanul, Professzor úr azt válaszolta, hogy zenész vagy filozófus.

– Honnan tudja? Hargittaitól?

– Nem, az interneten olvastam egy interjút.

– Kezdetben – bár talán ezt is tudja, ha valaki feltette az internetre – valóban filozófiát akartam tanulni. Egyáltalán nem gondoltam természettudományos pályára. A középiskola utolsó évében – legalábbis az én időmben – választanunk kellett a matematika, a fizika, a kísérleti tudományok és a filozófia között. Én a filozófia mellett döntöttem, mert az előző években humán tárgyakat, latint, görögöt tanultam. Emellett a kémia is érdekelt, szerettem a kísérletezést, ezért néhány hónap múlva a kísérleti tudományokból is leérettségiztem. Ráadásul, ha valaki Franciaországban filozófiát akar tanulni az egyetemen – lehet, hogy ez már nincs így –, le kell tennie valamilyen természettudományos vizsgát. Ezért az első évben általános természettudományos kurzuson vettem részt, s egyre jobban érdekelt a kémia. Végül is azért váltottam „szakmát”, mert a kémiában a kérdésekre adott válaszokat kísérletekkel ellenőrizhetjük – bár ennek az az ára, hogy kisebb az áttekintésünk a rendszer fölött.

Az ember teszi a dolgát, mossa a lombikokat – ahogy a háziasszony is mosogat –, hiszen ahhoz, hogy valami fantasztikus étel kerüljön ki a konyhából, valakinek el is kell mosogatnia. A nagy dolgok elérése érdekében mi ugyanígy különféle labormunkát végzünk. De ezenkívül rendszereznünk is kell: nemcsak a fát kell látnunk, hanem az erdőt is. Azt hiszem, a rendszerező gondolkodásban sokat köszönhetek filozófiai előtanulmányaimnak. Mi általában csak a fával dolgozunk, de egyes fázisoknál látnunk kell, milyen erdőben van a fa. Ez a folyamat vezetett ahhoz, amit ma szupramolekuláris kémiának nevezünk.

– Mi volt a kutatás kiindulópontja?

– Nagyon érdekelt, hogyan keletkezik a tudás, a megismerés. Milyen szerepet játzik mindebben a kémia? A válaszhoz segítséget nyújthat, ha az idegrendszer működését tanulmányozzuk. Az agykutatás abban az időben – a 60-as években – még nem volt olyan fejlett, mint ma. Arra gondoltam, meg kell vizsgálni azokat a kémiai folyamatokat, amelyek az idegrendszerben is fontos feladatot látnak el. Az egyik ilyen folyamat az idegi elektromosság. Az ingerületvezetésben meghatározó szerepet játszik a nátrium- és a káliumionok koncentrációváltozása. A nátriumion egy kicsit kisebb, mint a káliumion. Először azt kell megértenünk, gondoltam, hogyan különböztethető meg ez a két ion. Az idegmembránban kell lenniük olyan molekuláknak, amelyek képesek a két „gömb” megkülönböztetésére.

Arra az elhatározásra jutottunk, hogy mi magunk készítünk olyan molekulát, amelyikben van egy üreg, és ennek mérete megfelel valamelyik ionnak, tehát a molekula az üreg mérete alapján lehet szelektív. 1968-ban sikerült is előállítani az első vegyületet, amely erősen kötötte a káliumionokat. Rájöttünk, hogy ezt a molekuláris válogatást felismerési folyamatnak tekinthetjük. Ha veszünk egy keveréket, amely az összes alkálifémiont (Li-, Na-, K-, Rb-, Cs-iont) tartalmazza, és ebbe betesszük az elkészített molekulát, a vegyületünk csak azt az iont ismeri fel, csak azt köti meg, amelyik belefér az üregébe. A kicsit antropomorf kifejezés, a felismerés arra utal, hogy a molekula szelektíven köt. Ilyenformán jutottunk el a fától az erdőig: a nátrium- és káliumiontól a molekuláris felismerésig.
 
 

Alkálifémion egy kriptátmolekula üregében – kémiai jelölésekkel és Vízi Béla szobrán

A következő kérdés: mi irányítja a felismerést? A kölcsönhatás. A szubsztrát – a kis molekula – gyenge fizikai kölcsönhatásokkal kötődik a nagyobbhoz. A molekuláris felismerés megértése az ilyen típusú kölcsönhatások kezelésének a megértése. A molekulák atomokból épülnek fel, az atomok erős, kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A kovalens kötések kezelése – felbontásuk, létrehozásuk – molekuláris kémia. A 70-es évek közepén rájöttünk, meg kell tanulnunk, hogyan bánhatunk a nem kovalens kötésekkel. Ezek a kötések gyengék, ezért sok kell belőlük, és a megfelelő helyre kell őket tenni, hogy a várt hatást kapjuk. A szupramolekuláris kémia ezeknek az intermolekuláris – molekulák közötti – kötéseknek a kémiája.

– A „hagyományos” kémiai reakciók lejátszódásakor is kialakulnak intermolekuláris kötések az átmeneti állapotban, amelyen a kiindulási anyagok áthaladnak az átalakulás közben. Az átmeneti állapot kémiája is szupramolekuláris kémia?

– Az átmeneti állapotban valóban létrejönnek gyengébb kötések, amelyek olyanok, mint a szupramolekuláris kötések. Az átmeneti állapotban azonban kovalens kötések szakadnak el, és ugyanilyen kötések keletkeznek. A szupramolekuláris kémiában a molekulák kötése a változások folyamán sem kovalens.

– A szupramolekuláris kémia a felismerésen kívül más kifejezéseket is kölcsönöz a biológiából. Az önszerveződés miként értelmezhető a kémia nyelvén?

– Az önszerveződés folyamata érdekel mostanában a legjobban. Egyelőre nem tudjuk, hogyan találjuk meg a nyitját. Olyan, mint amikor látunk egy nagy hegyet, például a Himaláját, de nem tudjuk, hogyan menjünk fel. Az önszerveződést tartom a legalapvetőbb folyamatnak az összes közül. Tulajdonképpen az ősrobbanástól kell kiindulnunk. Hogyan szerveződött a világegyetem? Kezdetben csak energia volt, azután részecskék, atomok, molekulák, élő, majd gondolkozó szervezetek. A világegyetem spontán módon szerveződött. A káoszból rend lett. A kozmológusok szerint – a világegyetem keletkezésének a legelején – valószínűleg a gravitációs erő hatott a nagyon kis sűrűségkülönbségekre, ennek következtében egyre sűrűbb anyagok keletkeztek, végül létrejöttek a csillagok és a galaxisok. A kozmikus önszerveződés a gravitációs erő hatására játszódott le. De mi mehet végbe a kondenzált anyagban, s ami még érdekesebb, a molekuláris anyagban? Úgy gondolom, a molekuláris anyagban az elektromágneses erő játssza a legnagyobb szerepet az önszerveződés kialakulásában.

Ha a molekulák képződését és a molekulákból a sejtek, az élő rendszerek evolúcióját tekintjük, elektromágneses kölcsönhatások következtében kialakuló önszerveződést tapasztalunk. Nézzük például a genomot. A genom az információt négy betű – A, T, G, C – formájában tárolja. A betűk molekulákat jelölnek (adenint, timint, guanint, citozint), amelyek között gyenge erők hatnak: szupramolekuláris kölcsönhatás áll fenn közöttük. Ez a kölcsönhatás elektromágneses. A molekulákban az atomokat elektromágneses erők tartják össze. A szupramolekuláris domén azért létezik, mert a gyengébb erők, amelyek ugyanazokra az elvekre vezethetők vissza, mint az atomok közötti erők, összetartják a molekulákat – többek között abból a célból, hogy a szupramolekuláris rendszer kiolvassa a molekuláris szinten tárolt információt.

Úgy gondolom, az önszerveződést a szelektivitás irányítja, ez pedig elektromágneses erőkön alapszik. A pozitív és negatív töltések vonzásának köszönhető, hogy az adenin a timinhez kapcsolódik. Ez a szelektivitás. A felismerés pedig a kölcsönhatás létrejöttében vesz részt. Végső soron a kölcsönhatás vezérli a szelektivitást.

A molekuláris rendszerek megismerésének csak az elején vagyunk. Először megpróbáljuk leírni, mi az, ami szerveződik, utána megpróbáljuk megérteni, hogyan szerveződik, majd megpróbáljuk alkalmazni, amit tanultunk. Ez utóbbi különösen érdekli a vegyészeket. A biológiai rendszer nagyon bonyolult, és kényszereknek kell engedelmeskednie, hiszen a szervezetnek élnie, reprodukálódnia kell. A molekulák sokkal egyszerűbbek, nincsenek ilyen korlátok. Ezért megpróbálunk téglákat építeni, amelyekben vannak bizonyos atomok, kölcsönhatási helyek, és amikor ezek találkoznak egy másik típusú téglával, amely remélhetőleg jól van tervezve, összekapcsolódnak, és adott szerkezetet képeznek.

– Hogyan működik molekuláris szinten az önszerveződő kémiai rendszer?

– Az élő rendszerekben a kiválasztás a szervezetek evolúciójához vezet. A természet próbálkozik, s az juthat tovább, aki kiállja a próbát. Lehet, hogy a molekulák önszerveződése ugyanígy játszódik le. A kiválasztáshoz kínálat, vagyis diverzitás, sokféleség szükséges. A különböző lehetőségek keverékében valaminek a kiválasztása a paraméterektől függ, egyszerű esetben ilyen például a hőmérséklet, a nyomás, az oldószer vagy egy anyag jelenléte. Ha megváltoztatjuk az oldószert, a molekula például úgy módosíthatja az összetételét, hogy ne vízben, hanem szerves anyagban oldódjék.

Nagyon fontosnak tartom, hogy a kiválasztás fogalmát bevezessük a kémiába, mert a szelekció a rendszerek diverzitását és dinamikáját használja ki. Nem a molekulán belüli kötésekbe akarunk beavatkozni. Olyan szupermolekulákat akarunk előállítani, amelyek fel tudnak bomlani és újra tudnak kötődni: reverzibilis kötéseket akarunk létrehozni. Azt szeretnénk elérni, hogy a szétesett molekula másképp állhasson össze, ha változnak a körülmények. A kiválasztáson alapuló önszerveződés vezethet el oda, hogy a rendszer alkalmazkodjon, adaptálódjon a kémiai környezethez. Hasonlóan ahhoz, ahogyan a szárazföldre kikerülő vízi állatoknak lábuk nőtt, hogy járhassanak...

De nem beszéltünk még a zenéről! Magyarországon külön el kell mondanom, hogy Bartók az egyik kedvenc zeneszerzőm. Amikor Bartók Béla hamvait New Yorkból hazaszállították Magyarországra, Strasbourgban megálltak, s találkoztam a fiaival.

Számomra különös élményt nyújt, hogy a zenének szerkezete van. Függőlegesen, vízszintesen szervezett építmény, amelyen át lehet látni. Persze egy Beethoven-kvartettet e nélkül a tudás nélkül is élvezhetünk.

– Az „összművészet” gondolata központi szerepet játszott a művészetek területén a romantika korszakában; ma voltaképpen a természettudományokra is alkalmazható ez a fogalom. Mi a véleménye, milyen jövője van a tudományágak együttműködésének?

– A természettudományokban is váltakozó korszakokról beszélhetünk, s időről időre szükség van újabb „szerszámokra”. Ilyenkor egyetlen területre összpontosítunk, hogy megtaláljuk az új „csavarhúzót”. Ha már megvan az új szerszám, ismét szélesebb horizontok nyílnak, s a többi tudományágra is több figyelmet szentelhetünk. Most olyan korszakban vagyunk, ahol az egyes szakmákon belül külön-külön kevesebb jelentős dolog történik; inkább a határterületek kerülnek előtérbe. Burjánzanak az intézetek, s lehetőleg egy campusra költöznek a vegyészek, a fizikusok, a matematikusok, a biológusok, a mérnökök azért, hogy megindulhasson a párbeszéd. Valóban bizonyos „összművészet”, vagy egyfajta általánosabb, globálisabb gondolatrendszer van kialakulóban.

Az együttműködéshez azt tartom ésszerűnek, ha egy tudós egy területen szerez kiemelkedően széles ismereteket, a többi ághoz pedig annyira ért, hogy párbeszédet tudjon folytatni az ottani szakemberekkel. Hasonló a helyzet, mint az alapkutatás és az alkalmazott kutatás viszonyában. Egyszerre több területet kiemelkedően művelni hihetetlenül nehéz, ha pedig mindenhez kicsit ért az ember, kiesik a versenyből. Ezért inkább hidakat kell létrehozni a fizika, a biológia és a kémia között. Olyan megközelítésre van szükség, amely minden terület eredményeit egyszerre tudja felhasználni, s az egyik ágban alkalmazza. A sikeres elméleteket más szakterületekre is át kell vinni, ahol továbbfejleszthetjük őket. 

A Francia Nagykövetség 2001-ben „A tudomány egyszerűen” címmel indított sorozatot. A francia „Mindentudás Egyeteme” által inspirált előadásokon ismert francia tudósok beszélnek a XXI. század természet- és társadalomtudományi kérdéseiről. Minden előadót egy magyar szakértő mutat be. „A tudomány egyszerűen” Boileau megállapítását szeretné igazolni: „Amit jól elgondolunk, azt világosan ki is tudjuk fejezni, és a szavak, melyekkel kifejezzük, könnyen jönnek”. A következő előadást szeptember 26-án tartja Philippe Kourilsky, a Pasteur Intézet főigazgatója „A pasteuri hagyomány az egészségügy és a fenntartható fejlődés szolgálatában” címmel. A XIX. század végén és a XX. század elején több közismert, Pasteur nyomdokait követő tudós rajzott szét a világban és alapított intézeteket, amelyek alapvető célja: a kutatás, az oktatás és a közegészségügy. Hol tart mindez ma? A pestis és a patkányok hajón utaztak. A malária és a szúnyogok már repülőn közlekednek. A fenntartható fejlődéshez le kell győznünk a legveszélyesebb kórokat a higiénia, az oltások és a gyógykezelés segítségével. Az előadást Falus András akadémikus vezeti be. Október 14-én Benoît Mandelbrot, a fraktálok „specialistája” tart előadást „A fraktálgyűrű, művészettől művészetig terjedően, a matematikán, a pénzvilágon és számos tudományon keresztül” címmel, gazdag illusztrációval. Mandelbrot professzor szerint „az emberek nagy része a fraktálokat természetesebb objektumnak tartja, mint az euklideszi alakzatokat”.  Az előadást Hargittai István akadémikus vezeti be.  A sorozatot a Francia Intézetben hallgathatjuk meg, szinkrontolmácsolással.

---

Természet Világa,

134. évfolyam, 9. szám, 2003. szeptember http://www.chemonet.hu/TermVil/  http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/