1.10: Біографічні обриси

Last updated
Save as PDF

Page ID: 26102

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

У контексті цієї глави вам також буде запропоновано відвідати ці розділи...

Як згадувалося у вступі, кристалографія - одна з наукових дисциплін, яка найбільш чітко вплинула на розвиток хімії, біології, біохімії та біомедицини. Хоча на інших сторінках ми зробили деякі посилання на вчених, які безпосередньо беруть участь на ранніх стадіях, ця глава спрямована на представлення коротких біографічних контурів.

Як доповнення біографічних заміток, представлених в цьому розділі, читач може також ознайомитися з ранніми історичними записками про кристали і кристалографії, запропонованими в іншому розділі.

Біографічні обриси об'єкта цієї глави (наведені нижче) були розподілені групами, в хронологічному порядку, використовуючи термінологію деяких музичних розділів і темпів, намагаючись описати їх актуальність, хоча б з історичної точки зору.

Прелюдія (1901)

Увертюра (1914)

Аллегро ма нон тропо (1915)

Алегро молто (1934-1935)

Анданте (1940-1960)

Фінал (1970-1980...)

1901 «Прелюдія», Вільгельм Конрад Рентген

Вільгельм Конрад Рентген (1845-1923). Нічого з цього не було б можливим без внеску Вільгельма Конрада Рентге н, який отримав першу Нобелівську премію з фізики (1901) за відкриття рентгенівських променів.

Хоча багато інших біографічних особистих посилань на Röntgen можна знайти в Інтернеті, ми рекомендуємо відвідати сайт, підготовлений Хосе Л. Фреске (іспанською мовою). У наступних параграфах ми підсумовуємо найбільш релевантні деталі та додаємо кілька інших.

Вільгельм Конрад Рентген народився 27 березня 1845 року в Леннепі в провінції Нижній Рейн Німеччини, як єдина дитина виробника і торговця тканиною. Його матір'ю була Шарлотта Констанце Фровейн з Амстердама, член старої родини Леннеп, яка оселилася в Амстердамі. Коли йому було 3 роки, його сім'я переїхала до Голландії. З 16 до 20 років він навчався в технічному училищі в Утрехті, а потім переїхав до Цюріха, де отримав відповідний науковий ступінь в галузі машинобудування.

Через кілька років у Цюріху, як асистент професора фізики під Августом Кундтом, в 1872 році (27 років) він переїхав до Вюрцбурзького університету. Однак, оскільки він не міг знайти жодної роботи (раніше він не міг скласти іспити з латинської та грецької мов), він переїхав до Страсбурга, де нарешті отримав посаду професора в 1874 році. Через п'ять років він прийняв викладацьку посаду в Університеті Гіссена і, нарешті, у 45 років він отримав ступінь професора фізики у Вюрцбурзі, де став ректором.

Його робота над катодними променями привела його до відкриття нового і різного роду променів. Увечері 8 листопада 1895 року, працюючи з закритою і герметичною розрядною трубкою (щоб виключити все світло), він виявив, що паперова тарілка (покрита з одного боку платиноціанідом барію і поміщена випадково на шляху променів) стала несподівано флуоресцентною, навіть коли вона перебувала на відстані двох метрів від розвантажувальної трубки.

Минув місяць, поки Рентген не зрозумів важливість цього нового випромінювання, і він негайно надіслав наукове повідомлення до Товариства фізики та медицини у Вюрцбурзі... Зокрема, перші речення його офіційної заяви (написаної приємною німецькою мовою) читали:

Найновіший чоловік дурх Eine Hittorf's Vacuumröhre, або einen genügend евакуаційних Lenard'schen, Крукс 's schen oder änlichen Аппарат die Entladungen eines grössseren Ruhmkorff's geen und bedeckt die Röhre mit einem ziemlich eng Нем, чорний картон, син син людина в демо повний набір Zimmer einen in die Nähe des Apparates висвітлені, Міт Баріумплатинціанюр ангестріченен Пап'єр-ширма bei jeder Entladung пекло, флуоресцентний, світлий об die angestrichene або die andere Seite des Schirmes dem Entlachten Дунгзаспарат зугевендет ist. Die Fluorescenz розташований на відстані 2 м Освітлення Апарат. Людина має право, dass die Ursache der Fluorescenz ком Entladungsapparat und фон keiner anderen Stelle der Leitung ausgeht.

Після вироблення електричного розряду котушкою Румкорфа через вакуумну трубку Хітторфа, або досить евакуйований Ленард, Крукс або подібний апарат, покритий досить щільно облягає курткою з тонкого чорного картону, видно, що картонний лист, покритий шаром платини і ціаніду барію, розташований поблизу апарату, яскраво загоряється в повністю затемненому приміщенні незалежно від незалежно від того, чи є сторона з покриттям, спрямована чи ні на трубку. Ця флуоресценція виникає на відстані до 2 метрів від апарату. Можна легко переконатися, що причина флуоресценції випливає з розрядного апарату, а не від будь-якого іншого джерела лінії.

Неймовірне світло! Туалет Рентген. Його високий політ зупиняється! Нобелівська преса в пресі Повідомлення про смерть

Відкриття Рентгена швидко справило соціальну метушню... «Неймовірне світло!». Однак майже з такою ж швидкістю його публічна знаменитість опустилася до мінімуму... «Його високий політ зупинився...». Саме протягом перших місяців 1896 року, після відправлення до Британського медичного журналу рентгенівської фотографії зламаної руки, Рентген почав відновлювати довіру громадськості, демонструючи діагностичну здатність свого відкриття. Однак пройшло ще багато років, поки його «неймовірний світ» не був визнаний медичним інтересом. Він був удостоєний першої Нобелівської премії з фізики в 1901 році. Вільгельм Конрад Рентген помер в Мюнхені 10 лютого 1923 року від карциноми кишечника. Вважається, що його карцинома була результатом його роботи з іонізуючим випромінюванням через короткий час, витрачений на ці дослідження, і тому, що він був одним з небагатьох піонерів у цій галузі, які регулярно використовували захисні свинцеві щити.

Якщо ви можете читати іспанською мовою, є також велика глава, присвячена як історичним деталям навколо Рентгена, так і його відкриттю.

1914 «Увертюра», Макс фон Лауе, під акомпанемент Пола Евальда

Макс фон Лауе (1879-1960). Якщо відкриття Рентгена було важливим для розвитку кристалографії, то другий якісний крок вперед був зумовлений іншим німецьким, Максом фон Лауе, Нобелівською премією з фізики 1914 року, який намагався продемонструвати хвилеподібну природу рентгенівських променів, виявив явище дифракції рентгенівського випромінювання кристалами. Повний біографічний опис також можна знайти за цим посиланням.

Макс фон Лауе народився 9 жовтня 1879 року в Пфаффендорфі, в маленькому містечку поблизу Кобленца. Він був сином Юліуса фон Лауе, чиновника німецької військової адміністрації, який був вихований до спадкового дворянства в 1913 році і якого часто відправляли в різні міста, так що фон Лауе провів свою молодість в Бранденбурзі, Альтоні, Позені, Берліні і Штрасбурзі, йдучи до школи в трьох останніх названих містах. У протестантській школі в Страсбурзі він потрапив під вплив професора Герінга, який познайомив його з точними науками, де вивчав математику, фізику і хімію. Однак незабаром він переїхав до Геттінгенського університету і в 1902 році в Берлінський університет, де почав працювати з Максом Планком. Через рік, отримавши докторський ступінь, він повернувся до Геттінгена, а в 1905 році повернувся до Берліна в якості помічника Макса Планка, який також отримав Нобелівську премію з фізики в 1918 році, тобто через чотири роки після фон Лауе. Між 1909 і 1919 роками він пройшов університети Мюнхена, Цюріха, Франкфурта та Вюрцбурга, і нарешті повернувся до Берліна, де здобув посаду професора.

Пауль Пітер Евальд (1888-1985). Саме в цей останній період, а саме в 1912 році, коли він познайомився з Павлом Пітером Евальдом в Мюнхені. Потім Евальд закінчував докторську дисертацію під керівництвом Арнольда Зоммерфельда (1868-1951), і він зацікавив Лауе його експериментами з інтерференції між випромінюваннями з великими довжинами хвиль (практично видиме світло) на «кристалічній» моделі на основі резонаторів. Зауважимо, що в той час також обговорювалося питання про хвильово-частинкову подвійність.

Тоді Лауе прийшла ідея, що набагато коротші електромагнітні промені, якими повинні були бути рентгенівські промені, спричинить якісь дифракційні або інтерференційні явища в середовищі і що кристал може забезпечити це середовище. Відмінне історичне опис цих фактів і відповідні експерименти, проведені Вальтером Фрідріхом і Полом Книппінгом під керівництвом Макса фон Лауе, можна знайти в статті Майкла Еккерта. Оригінальна стаття цього експерименту, підписана Фрідріхом, W., Knipping, P. і Laue, M., була опублікована з посиланням: Sitzungsberichte der Kgl. Байєр. Акад. дер Вісс. (1912) 303—322, хоча пізніше він був зібраний Анналеном дер Фізиком (1913) 346, 971-988.

Дивно, як швидко Евальд розробив інтерпретацію експериментів Макса фон Лауе, як це можна побачити в його оригінальній статті, опублікованій в 1913 році (німецькою мовою), доступній за цим посиланням. Визнаючи роль, яку відіграв Евальд для розвитку кристалографії, Міжнародний союз кристалографії надає премію та медаль, які носять ім'я Павла Пітера Евальда.

І так було, що за допомогою кристала мідного купоросу і деяких інших з цинкової бленди, перед рентгенівським променем, як Лауе отримав підтвердження про хвилеподібний характер променів, виявлених Рентгеном (див. Зображення нижче). За це відкриття та його інтерпретацію Макс фон Лауе отримав Нобелівську премію з фізики в 1914 році. Але в той же час його експеримент створив безліч питань про природу кристалів...

$Грунтовка діаграми де difracción que obtuvo Лауе кон ун Кристал де Сульфато де Кобре$

$Uno de los primeros діаграми де difracción que obtuvo Laue usando un cristal de Blenda$

Зліва: Перший рентгенівський малюнок дифракції, отриманий Ло та його співробітниками за допомогою кристала мідного купоросу

Праворуч: Один з перших рентгенівських дифракційних візерунків, отриманий Лауе та його співробітниками з використанням деяких кристалів мінералу Blende

Лауе завжди був проти націонал-соціалізму, і після Другої світової війни його на короткий час привезли до Англії разом з кількома іншими німецькими вченими, які внесли свій внесок у Міжнародний союз кристалографії. Він повернувся до Німеччини в 1946 році в якості директора Інституту Макса Планка і професора Геттінгенського університету. Він вийшов у відставку в 1958 році на посаді директора Інституту фізичної хімії Фріца Хабера в Берліні, посаду, на яку він був обраний у 1951 році. 8 квітня 1960 року, під час руху до своєї лабораторії, автомобіль Лауе був вражений мотоциклістом у Берліні. Велосипедист, який отримав ліцензію лише двома днями раніше, був убитий, а автомобіль Лауе перевернув. Макс фон Лауе (80 років) помер від отриманих поранень через шістнадцять днів 24 квітня.

1915 «Аллегро, ма не троппо», Брегг (батько і син)

Джерела: Вільям Генрі Брегг (1862-1942)

Дерево: Вільям Лоуренс Брегг (1890-1971)

Цього разу це сталося не так, як з Рентгеном. Відкриття Макса фон Лауе стало відразу ж відомим, принаймні британським Вільямом Генрі Бреггом (1862-1942) і його сином Вільямом Лоуренсом Бреггом (1890-1971), які в 1915 році розділили Нобелівську премію з фізики за демонстрацію корисності явища виявлений фон Лауе (рентгенівська дифракція) при вивченні внутрішньої структури кристалів. Вони показали, що дифракцію рентгенівських променів можна охарактеризувати як дзеркальне відображення сукупністю паралельних площин через всі елементи решітки таким чином, що дифракційний промінь виходить, якщо:

2.d.sin θ = п. λ

де d - відстань між площинами, θ - кут падіння, n - ціле число і λ - довжина хвилі. Завдяки такому простому підходу стало можливим визначення кристалічних структур.

Вільям Генрі Брегг вивчав математику в Трініті-коледжі в Кембриджі, а згодом фізику в лабораторії Кавендіша. В кінці 1885 року він був призначений професором університету Аделаїди (Австралія), де народився його син (Вільям Лоуренс Брегг). Генрі Брегг став послідовно Кавендіш професором фізики в Лідсі (1909-1915), Quain професором фізики в Університетському коледжі Лондона (1915-1925) і Фуллеріан професором хімії в Королівському інституті.

Його син, Вільям Лоуренс, вивчав математику в Аделаїдському університеті. У 1909 році сім'я повернулася до Англії, і Лоуренс Брегг вступив як стипендіат в Трініті-коледж в Кембриджі. Восени 1912 року, протягом того ж року, коли Макс фон Лауе оприлюднив свій експеримент, молодий Лоуренс Брегг почав вивчати явище, яке виникає при розміщенні кристала перед рентгенівськими променями, представляючи свої перші результати (Дифракція коротких електромагнітні хвилі кристал) в штаб-квартирі Кембриджського філософського товариства під час його засідання в листопаді 11, 1912.

У 1914 році Лоуренс Брегг був призначений професором природничих наук в Трініті-коледжі, і того ж року він був нагороджений медаллю Барнарда. Два роки (1912-1914) він працював зі своїм батьком над експериментами заломлення та дифракції кристалами, призвели до лекції В.Г. Брегга (лекція Бакеріана: рентгенівські промені та кристалічна структура) та до відомої статті Рентгенівські промені та кристалічна структура, також опублікований у 1915 році. Того ж року він (25 років!) і його батько, розділив Нобелівську премію з фізики. Батько і син змогли пояснити явище дифракції рентгенівського випромінювання в кристалах через кристалографічні площини, що виступають в ролі спеціальних дзеркал для рентгенівських променів (Закон Брегга), і показали, що кристали таких речовин, як хлорид натрію (NaCl або звичайна сіль), не містять молекул NaCl, а просто іони Na ⁺ і Cl ^- обидва регулярно замовляють. Ці ідеї зробили революцію в теоретичній хімії і спричинили зародження нової науки: рентгенівської кристалографії.

На жаль, після Першої світової війни між Вільямом Лоуренсом і його батьком виникли певні труднощі, коли широка громадськість безпосередньо не зарахувала У. Лоуренса за його внесок у свої відкриття. Лоуренс Брегг відчайдушно хотів зробити своє ім'я в дослідженнях, але він відчув тріумф своїх відкриттів, що переходять до батька, як старшої людини. Генрі Брегг намагався з усіх сил виправити ситуацію, завжди вказуючи, які аспекти їхньої роботи були ідеями його сина; однак значна частина їхньої роботи була у вигляді спільних паперів, що ускладнювало ситуацію. На жаль, вони ніколи не обговорювали проблему, і біда затягнулася на довгі роки. Тісна співпраця між батьком і сином закінчилася, але було природно, що їхня робота буде продовжувати перекриватися. Вони вирішили розділити наявні роботи і домовилися зосередитися на окремих напрямках рентгенівської кристалографії. Лоуренс мав зосередитися на неорганічних сполуках, металах та силікатах, тоді як Вільям Брегг мав зосередитися на органічних сполуках.

У 1919 році Вільям Лоуренс був зроблений Langworthy професором фізики в Університеті Вікторії, Манчестер, де він одружився і залишався до 1937 року. Там, в 1929 році, він опублікував чудову статтю про використання ряду Фур'є для визначення кристалічних структур «Визначення параметрів в кристалічних структурах за допомогою рядів Фур'є».

У 1941 році батько і син були лицарі (сер), а через рік (1942) Вільям Генрі помер. У наступні роки Вільям Лоуренс цікавився будовою силікатів, металів і особливо хімією білків. Він був призначений директором Національної фізичної лабораторії в Теддінгтоні та професором експериментальної фізики в лабораторії Кавендіш (Кембридж). У 1954 році він був призначений директором Королівського інституту в Лондоні, заснувавши власну дослідницьку групу, спрямовану на вивчення структури білків за допомогою рентгенівських променів. Вільям Лоуренс Брегг помер у 1971 році у віці 81 року. IUCR опублікував некролог, до якого ви можете дістатися за цим посиланням.

Рік 2012 являє собою сторіччя перших монокристалічних рентгенівських експериментів, виконаних в Університеті Людвіга Максиміліана, Мюнхен (Німеччина), Пол Кніппінг і Вальтер Фрідріх під керівництвом Макса фон Лауе, і особливо експерименти, зроблені Браггсом. Зацікавлений читач може насолоджуватися читанням глав, опублікованих як нагадування Міжнародним союзом кристалографії, які можна знайти за посиланнями, показаними нижче.

34-1935 «Allegro molto», Артур Ліндо Паттерсон та Девід Харкер як соліст

Артур Ліндо Паттерсон (1902-1966). Незрозуміло, як ім'я Артура Ліндо Паттерсона повільно згасає і входить в історію майже як незнайомець, принаймні з останнього десятиліття ХХ століття. Ймовірно, його назва залишається пов'язаним лише з якоюсь підпрограмою кристалографічного розрахунку. Однак, як згадувалося в іншому розділі, внесок Паттерсона в кристалографію можна розглядати як єдиний найважливіший розвиток після відкриття Рентгеном рентгенівських променів в 1895 році.

Артур Ліндо Патерсон народився в перші роки ХХ століття в Новій Зеландії, але його сім'я незабаром емігрувала до Канади, де і провів юність. З якоїсь невідомої причини він пішов до школи в Англії, перш ніж повернутися до Монреаля (Канада), щоб вивчати фізику в Університеті Макгілла, де отримав ступінь магістра з дисертацією про виробництво жорстких рентгенівських променів (з малими довжинами хвиль) за допомогою взаємодії радіо β випромінювання з твердими речовинами. Свої перші експерименти з рентгенівської дифракції він провів протягом двох років в лабораторії В.Х. Брегга в Королівському інституті в Лондоні. У той час він усвідомлював, що, хоча в малих кристалічних структурах розташування атомів в одиничній клітині було відносно простою проблемою, ситуація була практично нездійсненною у випадку молекулярних сполук або взагалі з більш складними сполуками.

Після перебування в лабораторії В.Х. Брегга Ліндо Паттерсон провів дуже продуктивний рік в Інституті Кайзер-Вільгельма в Берліні, отримавши грант Національної дослідницької ради Канади на роботу під керівництвом Германа Марка . Своєю роботою він рішуче сприяв визначенню розміру частинок за допомогою рентгенівської дифракції, і почав цікавитися теорією перетворення Фур'є, ідеєю, яка через кілька років стане його одержимістю у зв'язку з роздільною здатністю кристалічних структур.

У 1927 році він повернувся до Канади, а через рік закінчив ступінь доктора філософії в Університеті Макгілла. Після двох років роботи з Р.В.Г. Уайкоффом в Інституті Рокфеллера в Нью-Йорку він прийняв посаду в Фонді медичної фізики Джонсона у Філадельфії, що дало йому можливість вивчити рентгенівську дифракцію, застосовану до біологічних матеріалів. У 1931 році він опублікував дві статті про ряд Фур'є як інструмент для інтерпретації даних рентгенівської дифракції: Методи в кристалічному аналізі: Серія Фур'є і інтерпретація рентгенівських даних і методів в аналізі кристалів: II. Принцип посилення та ряди Фур'є деяких типів функцій.

У 1933 році він переїхав до Массачусетського технологічного інституту (Массачусетський технологічний інститут), де завдяки дружбі з математиком Норбертом Вінером він почав вивчати теорію Фур'є, і особливо властивості перетворення Фур'є та згортки. Саме так у 1934 році його рівняння (функція Паттерсона) було сформульовано в статті під назвою Метод ряду Фур'є для визначення компонентів міжатомних відстаней у кристалах, відкриваючи величезні очікування щодо дозволу кристалічні структури. Однак через технологічну нестабільність тих часів у вирішенні великої кількості сум, залучених до його функції, пройшло кілька років, поки його відкриття не стало ефективним у побічному вирішенні фазової проблеми.

Смерть Паттерсона, в листопаді 1966 року, стала наслідком масового крововиливу в мозок.

Крім технічних труднощів, існуючих на той час при вирішенні складних математичних рівнянь, функція, введена Артуром Л.Паттерсоном, чітко представляла значні труднощі в разі складних структур. Принаймні так було до тих пір, поки в 1935 році Девід Харкер (1906-1991), «стажер», не усвідомив існування особливих обставин, які значно полегшили інтерпретацію функції Паттерсона, і з яких Артур Л. Паттерсон не знав.

Девід Харкер народився в Каліфорнії, а закінчив у 1928 році хіміком в Берклі. У 1930 році він прийняв роботу техніком в лабораторію Атмосферного азоту Corp. в Нью-Йорку, де завдяки читанню статей, пов'язаних з кристалічними структурами, підвищився інтерес до кристалографії. Через велику економічну депресію в 1933 році він втратив роботу і повернувся до Каліфорнії. Використовуючи деякі заощадження, він зміг вступити до Каліфорнійського технологічного інституту. Там під керівництвом Лінуса Полінга він почав експериментувати з дозволом деяких простих кристалічних структур.

Під час однієї з щотижневих переговорів у лабораторії Полінга була описана функція, нещодавно введена Артуром Паттерсоном, і Харкер негайно усвідомлював труднощі, пов'язані з багатьма розрахунками при досягненні Карта Паттерсона, але особливо складність інтерпретації її в структурах з багатьма атомами. Однак через кілька ночей після виступу він прокинувся раптово і сказав, що це має працювати!. Дійсно, Харкеру стало зрозуміло, що карта Паттерсона містить області, де зосереджені міжатомні вектори (між атомами, пов'язаними елементами симетрії). Тому, щоб шукати міжатомні вектори, потрібно лише досліджувати певні ділянки карти, а не всю клітинку Паттерсона, що якісно спрощує інтерпретацію.

З 1936 по 1941 рік Харкер займав посаду професора, щоб викладати фізичну хімію в університеті Джона Хопкінса, де вивчав класичну кристалографію та мінералогію. Протягом решти років 1940-х років він отримав дослідницьку посаду в компанії General Electric і звідти разом зі своїм колегою Джоном Каспером зробив ще один важливий внесок у кристалографію: нерівності Харкера-Каспера, перший внесок у так звані прямі методи вирішення фазової задачі.

Протягом 1950-х років Харкер прийняв пропозицію вступити до Бруклінського політехнічного інституту Ірвіна Ленгмюра для вирішення структури рибонуклеази. Ця можливість допомогла йому встановити методологію, яку через роки (1962) використовували Макс Перутц та Джон Кендрю для вирішення структури гемоглобіну. У 1959 році Харкер перемістив свою команду і проект в Інститут раку Розуелл Парк і завершив структуру рибонуклеази в 1967 році. Він офіційно вийшов на пенсію в 1976 році, але залишався дещо активним у Медичному фонді Буффало (сьогодні Інститут Хауптмана-Вудворда), аж до своєї смерті в 1991 році від пневмонії. Є хороший некролог Харкера, написаний Вільямом Дуаксом.

1940-1960 «Анданте», оцінка Джона Берналя

Джон Десмонд Бернал (1901-1971). Слідом за висновками та розробками Артура Ліндо Паттерсона та Девіда Харкера інтерес був спрямований до структури молекул, особливо тих, що стосуються життя: білків. І в цьому русі оселився в Англії ірландець Джон Десмонд Бернал зіграв вирішальну роль для подальшого розвитку кристалографії.

Джон Десмонд Бернал народився в Нені, Co. Тіпперар, в 1901 році. Бернали спочатку були сефардськими євреями, які приїхали до Ірландії в 1840 році з Іспанії через Амстердам і Лондон. Вони перейшли в католицизм і Іоанн отримав єзуїтську освіту. Джон з ентузіазмом підтримав Великоднє повстання, і, будучи хлопчиком, організував Товариство вічного обожнювання. Він відійшов від релігії як дорослий, ставши атеїстом. Бернал зазнав сильного впливу російської революції 1917 року і став дуже активним членом Комуністичної партії Британії.

Джон закінчив у 1919 році за спеціальністю «Мінералогія та математика» (застосовується до симетрії) в Кембриджському університеті. У 1923 році він отримав посаду асистента в лабораторії В.Х. Брегга в Королівському інституті в Лондоні, а в 1927 році повернувся професором в Кембридж. Його однокурсники в Кембриджі прозвали його «мудрецем» через його великі знання. Звідти він залучив багатьох молодих дослідників з Біркбекського коледжу та Королівського коледжу до галузі високомолекулярної кристалографії. У 1937 році він отримав посаду професора в Лондоні в Біркбекському коледжі, звідки навчав багатьох кристалографів (Розалінда Франклін, Дороті Ходжкін, Аарон Клуг та Макс Перуц, серед інших). Безсумнівно, Джон Бернал заслужив чільне місце в науці ХХ століття. Він показав, що при відповідних умовах кристал білка може підтримувати свою кристалічність під впливом рентгенівських променів. Деякі з його учнів змогли вирішити складні структури, такі як гемоглобін та інші важливі біологічні матеріали, такі, що кристалографічний аналіз почав революціонізувати біологію. Джон Бернал, який помер у віці 70 років, також був двигуном кристалографічних досліджень вірусів разом зі своїм співробітником Іседором Фанкученом.

Розробки Брегга, засновані на попередньому відкритті Ло і творчості Паттерсона і Харкера, підняли очікування структурної біології. Через Другу світову війну Англія стала привабливим центром, особливо навколо Джона Берналя.

Макс Фердинанд Перутц (1914-2002) народився у Відні 19 травня 1914 року в родині виробників текстилю. Вони зробили свій стан в 19 столітті шляхом введення механічного прядіння і ткацтва в австрійську монархію. Макс був відправлений до школи в Терезіанум, гімназії, отриманої з офіцерської академії за часів імператриці Марії Терезії. Його батьки запропонували йому вивчати право в рамках підготовки до вступу в сімейний бізнес. Однак хороший школяр прокинувся у нього інтерес до хімії і він вступив до Віденського університету, де він, за його власними словами, «витратив п'ять семестрів на вимогливому курсі неорганічного аналізу». Його цікавість викликала, однак, органічна хімія, і особливо курс органічної біохімії, проведений Ф. фон Весселі, в якому згадувалася робота сера Ф.Г. Хопкінса в Кембриджі. Саме тут Перуц вирішив, що Кембридж - це місце, де він хоче працювати над докторською дисертацією.

За фінансової допомоги батька, у вересні 1936 року Перуц став студентом-дослідником лабораторії Кавендіш в Кембриджі під керівництвом Джона Берналя. Його стосунки з Лоуренсом Бреггом також були критичними, і в 1937 році він провів перші дифракційні експерименти з кристалами гемоглобіну, які були кристалізовані в Інституті Молтено Кейліна. Таким чином, з 1938 до початку п'ятдесятих років хімія білка проводилася в Інституті Молтено Кейліна та рентгенівська робота в Кавендіші, причому Перуц зайнято подолав розрив між біологією та фізикою на своєму велосипеді.

Після вторгнення Гітлера в Австрію сімейний бізнес був експропрійований, його батьки стали біженцями, а власні кошти незабаром вичерпалися. Макс Перутц був врятований, будучи призначений науковим співробітником Лоуренса Брегга, за грантом Фонду Рокфеллера, 1 січня 1939 року. Грант продовжувався, з різними перервами через війну, до 1945 року, коли Перуц отримав імперську стипендію досліджень хімічної промисловості. У жовтні 1947 року він був очолений новоствореним відділом медичної науково-дослідної ради з молекулярної біології. Його співпраця з сером Лоуренсом Бреггом тривала протягом багатьох років. Як меморіал Перуцу ви, мабуть, можете проконсультуватися з цим некрологом, опублікованим у Nature з нагоди його смерті в 2002 році (інакше ви завжди можете завантажити цей некролог, написаний іспанською мовою).

Джон Каудері Кендрю (1917-1997) народився 24 березня 1917 року в Оксфорді. Закінчив хімію в 1939 році Трініті-коледж. Перші кілька місяців війни він проводив дослідження кінетики реакцій на кафедрі фізичної хімії в Кембриджі під керівництвом Е.А. Moelwyn-Hughes. Особистий вплив Джона Берналя привело його до роботи над будовою білків і в 1946 році він приєднався до лабораторії Кавендіша, працюючи з Максом Перутцем під керівництвом Лоуренса Брегга, де і отримав ступінь доктора філософії в 1949 році. Кендрю і Перутц сформували весь штат відділу молекулярної біології нещодавно створеної (1947) Медичної науково-дослідної ради.

Хоча робота Кендрю була зосереджена на міоглобіні, Макс Фердинанд Перутц і Джон Каудері Кендрю отримали Нобелівську премію з хімії в 1962 році за свою роботу над структурою гемоглобіну і обидва були першими, хто успішно реалізував Методологія MIR, запроваджена Девідом Харкером.

Розалінда Елсі Франклін (1920-1958). Однією з великих вчених тих років, які також з'явилися під безпосереднім впливом Джона Берналя, була суперечлива і нещасна Розалінда Франклін. Існує багато текстів, що стосуються Розалінди, але, можливо, варто прочитати детальні сторінки (іспанською мовою), підготовлені Мігелем Вісенте: La dama ausente: Розалінда Франклін y la doble hélice та Jaque a la dama: Розалінда Франклін en Королівський коледж , обидва з яких роблять справедливість її особистості і її короткої, але плідної праці в науці середини ХХ століття.

Влітку 1938 року Розалінда Франклін пішла в Ньюнхем-коледж, Кембридж. Вона пройшла свій фінал в 1941 році, але була удостоєна лише титульного ступеня, оскільки жінки не мали права на дипломи Кембриджа в той час. У 1945 році Франклін отримала ступінь доктора філософії в Кембриджському університеті. Після війни Франклін прийняла пропозицію працювати в Парижі в Laboratoire de Services Chimiques de L'Etat з Жаком Мерінгом, де вивчила рентгенівські дифракційні методи на вугіллі та пов'язаних з ними неорганічних матеріалах. У січні 1951 року Франклін почав працювати науковим співробітником в Королівському коледжі, Лондон, в Раді медичних досліджень, в відділі біофізики під керівництвом Джона Рендалла. Хоча спочатку вона повинна була працювати над рентгенівською дифракцією білків і ліпідів у розчині, Рендалл перенаправив свою роботу на волокна ДНК, перш ніж вона почала працювати в King's, оскільки Франклін повинен був бути єдиним досвідченим експериментальним дослідником дифракції в King's в 1951 році.

У лабораторії Рендалла траєкторія Розалінди перетиналася з траєкторією Моріса Вілкінса (1916-2004), оскільки обидві були присвячені дослідженню ДНК. На жаль, недобросовісна конкуренція призвела до конфлікту з Уілкінсом, який нарешті «взяв своє». За відсутності Розалінд Вілкінс показав дифракційні діаграми, які Розалінда взяла з волокон ДНК, двом молодим вченим, яким не вистачає надмірних скрупуль... Джеймс Уотсон і Френсіс Крик.

$Діаграма difracción de una fibra de ADN, зроблена Розалінда Франклін$

Сегменто де Добль Геліс де ADN

Джон Бернал назвав її рентгенівські знімки ДНК «найкрасивішими рентгенівськими фотографіями будь-якої речовини, коли-небудь зробленої». Діаграми ДНК Розалінди забезпечили встановлення подвійної спіральної структури ДНК. Читачеві може бути цікаво подивитися це коротке відео, підготовлене «Мій улюблений вчений» (також доступний за цим посиланням). За допомогою лазерної ручки і деякого зігнутого дроту Ендрю Мармері з Королівського інституту в Лондоні демонструє принципи дифракції і відтворює характерну дифракційну картину спіральної структури ДНК (використовуйте цю іншу ланку в разі виникнення проблем). ). Зацікавлений читач також може отримати доступ до оригінальних рукописів, підготовлених Розаліндою Франклін про структуру ДНК. Розалінда Франклін померла дуже молодою, у віці 37 років, від раку яєчників.

Моріс Вілкінс (1916-2004) народився в Новій Зеландії. Він закінчив як фізик в 1938 році коледж Сент-Джонс, Кембридж, і приєднався до Джона Рендалла в Бірмінгемському університеті. Отримавши ступінь доктора філософії в 1940 році, він приєднався до Манхеттенського проекту в Каліфорнії. Після Другої світової війни, в 1945 році, він повернувся до Європи, коли Джон Рендалл організовував вивчення біофізики в Університеті Святого Андрія в Шотландії. Через рік він отримав посаду в Королівському коледжі, Лондон, в новоствореній Раді медичних досліджень, де став заступником директора в 1950 році.

Джеймс Дьюї Уотсон (1928-), народився в Чикаго, отримав ступінь доктора філософії з зоології в 1950 році в Університеті Індіани. Він провів рік у Копенгагені в якості стипендіата Merck і під час симпозіуму, що відбувся в 1951 році в Неаполі, познайомився з Морісом Вілкінсом, який прокинув у нього інтерес до структури білків і нуклеїнових кислот. Завдяки втручанню свого режисера (Сальвадора Лурії) Уотсон в тому ж році отримав посаду для роботи з Джоном Кендрю в лабораторії Кавендіша, де він також познайомився з Френсісом Криком. Після двох років роботи в Каліфорнійському технологічному інституті Уотсон повернувся до Англії в 1955 році, щоб ще один рік працювати в лабораторії Кавендіша з Криком. У 1956 році вступив на факультет біології Гарварду.

Френсіс Крик (1916-2004) народився в Англії і вивчав фізику в Лондонському університетському коледжі. Під час війни він працював на Британське Адміралтейство і пізніше пішов в лабораторію У. Кокрана для вивчення біології і принципів кристалографії. У 1949 році завдяки гранту Ради медичних досліджень він вступив до лабораторії Макса Перутца, де в 1954 році закінчив докторську дисертацію. Там він познайомився з Джеймсом Уотсоном, який згодом визначить його кар'єру. Останні роки він провів в Інституті біологічних досліджень Солка в Каліфорнії.

У зв'язку з нещасною історією Розалінда Франклін Моріс Вілкінс, Джеймс Уотсон і Френсіс Крик отримали Нобелівську премію з фізіології або медицини в 1962 році за відкриття правої подвійної спіралі. будова ДНК. Вирішальна роль Розалінда Франклін була забута. дуже повчально спостерігати відео, яке пропонує hhmi biointeractive про це відкриття.

Дороті Ходжкін (1910-1994), народилася в Каїрі, але частина юності вона також провела в Судані та Ізраїлі, де її батько став директором Британської школи археології в Єрусалимі. З 1928 по 1932 рік вона оселилася в Оксфорді завдяки гранту Соммервільського коледжу, де вивчила методи кристалографії та дифракції, а незабаром була залучена характером і творчістю Джона Берналя. У 1933 році вона переїхала до Кембриджу, де провела два щасливих роки, заробивши багато друзів і досліджуючи різноманітні проблеми з Берналом.

У 1934 році вона повернулася в Оксфорд, звідки ніколи не виїжджала, за винятком коротких періодів. У 1946 році вона отримала посаду доцента з кристалографії, і хоча спочатку вона була пов'язана з мінералогією, її робота незабаром вказувала на область, яка завжди цікавила її і яку вона дізналася під керівництвом Джона Берналя: стерини та інші цікаві біологічні молекули. Дороті Ходжкін брала участь у зустрічах у 1946 році, що призвело до заснування Міжнародного союзу кристалографії та відвідала багато країн з науковою метою, включаючи Китай, США та СРСР. Вона була обрана членом Королівського товариства в 1947 році, іноземним членом Королівської академії наук Нідерландів у 1956 році та Американської академії мистецтв і наук (Бостон) в 1958 році. У 1964 році їй присудили Нобелівську премію з хімії.

1970-1980... «Фінал», з незакінченою мелодією...

Хоча те, що сталося в перші 60 роки ХХ століття, є вражаючим і дещо унікальним, «кристалографічна мелодія» продовжилася, і в цьому сенсі все ж варто згадати інших вчених, які змусили Кристалографію піти далі.

William Nunn Lipscomb (1919-2011) народився в Клівленді, штат Огайо, США, але переїхав до Кентуккі в 1920 році і жив у Лексінгтоні протягом своїх університетських років. Після ступеня бакалавра в Університеті Кентуккі, він вступив до аспірантури Каліфорнійського технологічного інституту в 1941 році, спочатку з фізики. Під впливом Лінуса Полінга він повернувся до хімії на початку 1942 року. З тих пір і до кінця 1945 року займався дослідженнями і розробками, пов'язаними з війною. Закінчивши ступінь доктора філософії, він приєднався до Університету Міннесоти в 1946 році, а в 1959 році переїхав до Гарвардського університету. Гарвардські визнання включають професорство Еббота та Джеймса Лоуренса в 1971 році та премії Джорджа Ледлі, також у 1971 році. У 1976 році Ліпскомп був удостоєний Нобелівської премії з хімії за внесок у структурну хімію боранів.

Цю главу неможливо завершити, не згадавши про зусилля інших кристалографів, які протягом багатьох років намагалися вирішити фазову проблему підходами, відмінними від тих, що передбачені методом Паттерсона, тобто намагаючись вирішити задача безпосередньо з інтенсивностей дифракційної картини і заснована на рівняннях ймовірності: прямі методи.

Герберт Гауптман (1917-2011), народився в Нью-Йорку, закінчив у 1939 році за спеціальністю математик Колумбійського університету. Його співпраця з Джеромом Карле розпочалася в 1947 році у Військово-морській дослідницькій лабораторії у Вашингтоні. Він отримав ступінь доктора філософії в 1954 році в Університеті штату Меріленд. У 1970 році він приєднався до групи кристалографів у Медичному фонді в Буффало, де в 1972 році став директором з досліджень. Гауптман був другим нехіміком, який отримав Нобелівську премію з хімії (першим був фізик Ернест Резерфорд).

Джером Карле (1918-2013), також з Нью-Йорка, вивчав математику, фізику, хімію та біологію, отримавши ступінь магістра біології в Гарвардському університеті в 1938 році. У 1940 році він переїхав до Мічиганського університету, де познайомився і одружився на Ізабеллі Лугоскі. Він працював над проектом Манхеттена в Чиказькому університеті і отримав докторський ступінь в 1944 році. Нарешті, в 1946 році він переїхав до Військово-морської науково-дослідної лабораторії у Вашингтоні, де познайомився з Гербертом Хауптманом.

Монографія, опублікована в 1953 році Гауптманом і Карле, Рішення фазової задачі І. Центросиметричний кристал, вже містила найважливіші ідеї щодо ймовірнісних методів, які, застосувавши до фазової проблеми, зробили їх гідними Нобелівської премії. з хімії в 1985 році. Однак було б несправедливо не згадати про роль дружини Джерома, Ізабелли Карле (1921-2017), яка зіграла важливу роль, втіливши теорію на практиці.

Карле і Гауптман під час XIII Ібероамериканської зустрічі кристалографії, Монтевідео, 1994

На згадку про цих важливих осіб ми показуємо цю фотографію, зроблену в 1994 році, під час XIII Іберомеріканського конгресу кристалографії (Монтевідео, Уругвай).

Зліва (спереду назад): Джером Карле, Ізабелла Карле та Мартін Мартінес-Ріпол (автор цих сторінок).

Праворуч (спереду назад): Герберт Гауптман і Рей Янг (експерт з нейтронів і один з піонерів методу Рітвельда)

Кристалографія є (і була) однією з найбільш міждисциплінарних і міждисциплінарних наук. Він пов'язує воєдино прикордонні області досліджень і прямо чи опосередковано випустив найбільшу кількість Нобелівських лауреатів за всю історію.

Крім того, Міжнародний союз кристалографії (IUCr) створив, починаючи з 1986 року, існування премії Евальда, що присуджується кожні три роки за видатний внесок у науку про кристалографію.

Ця глава присвячена багатьом вченим, які зробили кристалографію однією з найпотужніших і конкурентоспроможних галузей науки для вивчення «крихітного» світу атомів і молекул. Це, безумовно, могло бути більш широким і детальним, тому що ми не можемо забути участь та зусилля багатьох інших вчених, минулих і теперішніх, але важливим питанням є те, що після нашого «фіналу» грає «кристалографічна музика»...

Організація Об'єднаних Націй у своїй Генеральній Асамблеї A/66/L.51 (виданий 15 червня 2012 року), розглянувши відповідну роль кристалографії в науці, вирішила проголосити 2014 Міжнародним роком кристалографії. Натисніть також на ліве зображення!

Ми надсилаємо вітання Гаутаму Р.Дезіраджу, Президенту IUCR, та Сину Ларсену, колишньому Президенту МСОП, з розпочатням цієї ініціативи!

У цьому контексті 11 листопада 2012 року відзначено сторіччя презентації статті молодого Вільяма Лоуренса Брегга (1890-1971), де викладені основи рентгенівської кристалографії. З цієї причини Міжнародний союз кристалографії (IUCr) опублікував захоплюючий набір статей, які читач може знайти за наступними посиланнями:

Перші 50 років рентгенівської дифракції були відзначені в 1962 році Міжнародним союзом кристалографії (IuCr) публікацією цікавої книги під назвою П'ятдесят років дифракції рентгенівського випромінювання під редакцією Павла Пітера Евальда.

Барт Кар та Олександр Георгійович Штукенберг написали цікаву главу «Історії кристалографії» Шафрановського та Щуха (входить до «Новітніх досягнень кристалографії», де пропонують короткий зміст двох томів з історії кристалографії, написаної Іларіоном Іларіоновичем Шафрановським (1907-1994), російським кристалографом, який взяв кафедру кристалографії Є.С.Федорова (1853-1919) Ленінградського гірничого інституту. Глава Кар і Штукенберг також включає багато інших посилань, особливо взяті з Кертіса П. Шуха, автора принаймні чудової книги під назвою Мінералогія та кристалографія: анотована біо-бібліографія книг, опублікованих 1469 по 1919 рік.

М.А.Куевас-Діарте і С.Альварес ревертер.Є авторами великої і коментованої хронології з кристалографії та структурної хімії, починаючи з IV століття до нашої ери.

Примітна виставка, яку пропонує Університет штату Іллінойс (Віра В. Майнц і Грегорі Джироламі, Кристалографія - визначення форми нашого сучасного світу, Університет штату Іллінойс в Урбана-Шампейн), присвячена 100-річчю відкриття рентгенівської дифракції, а також лекцію професора Сеймура Маускопфа з Університету Дьюка, можна знайти також безпосередньо за цими посиланнями: формат PowerPoint або формат pdf.

Також дуже цікаво прочитати статті, зібрані в спеціальному випуску Nature (2014), присвяченому кристалографії, зокрема:

серед іншого з архіву, включеного в цей же спецвипуск. Майже в тому ж контексті, Природа також випустила цю цікаву статтю під назвою Структурна біологія: Більше, ніж кристалограф, про навчання, яке зараз очікується від кристалографів, що працюють у галузі структурної біології.

Журнал «Наука» також долучився до святкування Міжнародного року кристалографії, присвятивши спеціальний випуск , який ви можете знайти за цим посиланням.