Нобелови лауреати – 1961 година

Мелвин Елис Калвин (Melvin Ellis Calvin)

8 април 1911 г. – 8 януари 1997 г.

Нобелова награда за химия

(За изследванията му, свързани с усвояването на въглеродния двуокис от растенията.)

Американският химик-органик Мелвин Калвин е роден в Сейнт Пол (щат Минесота) в семейството на Роза (Хервиц) Калвин и Елиас Калвин. Родителите му са имигранти от Русия. Още като дете Калвин проявява любознателност и любов към ученето, а в единадесети клас решава да стане химик. Семейството се мести в Детройт (щат Мичиган), където Калвин учи в местното средно училище. Учителят му по физика изказва опасението си, че “неговият ученик никога няма да стане учен”: прекалено прибързано прави изводи. Но Калвин, като печели стипендия за обучение Мичиганския колеж по минно дело и технологии, става през 1931 г. Бакалавър по природни науки. Четири години по-късно за дисертация, разглеждаща сродството на електроните на йода и брома, Минесотският университет му присъжда докторска степен по химия.

Подкрепа от фонда “Рокфелер” позволява на Калвин след защитата на докторската си дисертация да прави изследвания в Англия, в Манчестърския университет под ръководството на професора по физическа химия Майкъл Полани, баща Джон Ч. Полани.. Там Калвин изучава парамагнитната конверсия на водорода и каталитичната активност на металопорфирините – сложни органични молекули, съдържащи метални атоми, чиито производни са хемоглобинът и хлорофилът. След завръщането си в САЩ през 1937 г. Калвин е назначен за преподавател по химия в Калифорнийския университет в Бълкли, където се занимава с изследване на електронната природа на оцветените органични съединения под ръководството на химика Гилбърт Н. Луис.

По време на Втората световна война от 1941 до 1944 г. Калвин работи в Научно-изследователския съвет за национална отбрана, а през 1944-1945 г. участва в Манхатънския проект. През този период ученият разработва метод за получаване на чист кислород от атмосферата за използването му в промишленото производство, например при заваряване на места, където не може да се достави кислород.

През 1945 г. Калвин се връща в Бъркли като адюнкт-професор, а две години по-късно става редовен професор. През 1946 г. е назначен за ръководител на групата по биоорганична химия в радиационната лаборатория на Лорънс и заема този пост до 1980 г. Научните му интереси лежат в областта на фотосинтезата – сложен процес, при който зелените растения използват енергията на слънчевите лъчи за производство на въглехидрати и кислород от въглероден двуокис и вода. Въпреки че условията, необходими за фотосинтезата, а също така нейните крайни продукти са известни още от времето на откриването им през 1772 г. от Джоузеф Пристли, междинните реакции, които протичат в хода на този процеса са все още неизвестни.

Калвин разполага с два нови аналитични метода. Първият се състои в използването на въглерод-14, радиоактивен изотоп на въглерода, който, асимилиран от растенията, може да бъде открит лесно в органичните съединения. Калвин помества въглероден двуокис, съдържащ въглерод-14, в кръгъл съд от тънко стъкло, който е пълен със зелени морски водорасли Chlorella pirenoidosa. Съдът е осветен, поради което водораслите и белязаните атоми на въглеродния двуокис, взаимодействайки, образуват съединения, участващи във фотосинтезата.

За идентифицирането на белязаните атоми Калвин използва друг метод – хартиена хроматография. При този метод, разработен от Арчър Мартин и Ричард Синг, разделянето на компонентите в смесите става благодарение на това, че тези компоненти се движат различно в разтворители по лента от филтърна хартия. Всеки компонент образува петно на съответно място от лентата, което след това може да се сравни с разпределението на петната, оставени от известни химически реагенти. За да се установят петната, съдържащи белязани въглеродни атоми, хроматографията се използва заедно с рентгенова плака, която потъмнява от присъствието на всяко радиоактивно излъчване. „За съжаление, върху хартията, по правило, не се отпечатват имената на съединенията – спомня си по-късно Калвин – и нашата първоначална уморителна работа в продължение на десет години се състоеше в това да отбелязваме старателно потъмнелите места върху плаката“.

Благодарение на тази своя дейност Калвин и неговите помощници установяват, че въглеродният двуокис реагира отначало с рибулозен дифосфат (съединение, съдържащо пет атома въглерод), като се образува фосфоглицеринова киселина, която в процеса на серия реакции се превръща във фруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфат. Стадиите, при които въглеродният двуокис се превръща във въглеводороди, наречени цикъл на Калвин, се осъществяват в хлоропластите – високоорганизирани органоиди в растителните клетки. Цикълът на Калвин, който включва и „тъмните“ реакции на фотосинтезата, се осъществява благодарение на високоенергетични съединения като аденозинтрифосфорната киселина и като възстановения фосфат-никотин-амидаденин-динуклеотид, който се генерира при „светлите“ реакции, в процеса на които светлината се поглъща от молекулите на хлорофила. С помощта на радиоактивните изотопи Калвин проследява също така пътя на кислорода при фотосинтезата.

През 1963 г. Калвин е назначен за професор по молекулярна биология в Калифорнийския университет в Бъркли, а след осем години – за професор по химия. От 1969 до 1980 г. той завежда лабораторията по химическа биодинамика, където се провеждат изследвания, свързани с фотосинтезата и преобразуването на слънчевата енергия, с радиационната химия, с химията на мозъка, с молекулярните основи на произхода на земния живот. С помощта на циклотрон Калвин облъчва атоми на въглероден двуокис и водород, които се превръщат в молекули на аминокиселини и аденин; аденинът е съставна част на една от нуклеиновите киселини. Като открива белязани атоми на органични вещества в метеоритите, той предполага, че може да съществува живот и на други места в Слънчевата система.

Ученият участва в работата на много национални и международни комитети, които се занимават с проблемите на мирното използване на атомната енергия, на молекулярната биопсия, на политиката в областта на науката и националната политика, а също така на биокосмонавтиката. Той работи като консултант в Националното управление по аеронавтика и използване на космическото пространство.

През 1942 г. Калвин се жени за Мари Женевиев Жемтегаард, сътрудничка на патронажна организация. Семейството има две дъщери и син.

Калвин има много почетни степени. Награден е с медала Дейви на Лондонското кралско дружество (1964 г.), с медала Пристли на Американското химическо дружество (1978 г.), със златния медал на Американския институт на химиците (1978 г.) и с наградата Уеспър на Американското химическо дружество (1981 г.). Член е на Лондонското кралско дружество, на Нидерландската академия на науките, на Американското философско дружество, на американската Национална академия на науките и на Американското химическо дружество (чийто президент е през 1971 г.).

Превод от руски: Павел Б. Николов