Melvin Calvin

Die Zeit, in der er lebte

MELVIN CALVIN wurde 1911 in den USA geboren, in einem sehr bewegten Jahrhundert, dessen Bild geprägt war von zwei Weltkriegen, Revolutionen und unzähligen wissenschaftlichen und technischen Errungenschaften.
In den Naturwissenschaften wurden unzählige bedeutende Entdeckungen gemacht, von denen viele auch für die Forschungen von MELVIN CALVIN bedeutsam waren, wie z. B.:
(in chronologischer Reihenfolge vom Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts an)

• Zerfall von Elementen und Chemie radioaktiver Stoffe (ERNEST RUTHERFORD)
• Erforschung der Eiweißstoffe einschließlich der Nukleine in der Chemie der Zelle (ALBRECHT KOSSEL)
• Zusammenhang zwischen Katalyse, Reaktionsgeschwindigkeit und chemischem Gleichgewicht (WILHELM OSTWALD)
• Untersuchungen und Strukturaufklärung der Farbstoffe im Pflanzenreich, vor allem des Chlorophylls (RICHARD WILLSTÄTTER)
• Relativitätstheorie (ALBERT EINSTEIN)
• Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung (NIELS BOHR)
• Wärmeerzeugung der Muskeln (ARCHIBALD VIVIAN HILL)
• Wellennatur der Elektronen (LOUIS VICTOR DE BROGLIE)
• Blutgruppen des Menschen (KARL LANDSTEINER)
• Bedeutung der Chromosomen als Träger der Vererbung (THOMAS HUNT MORGAN)
• Synthesen von neuen radioaktiven Elementen (FREDERIC JOLIOT-CURIE und IRENE JOLIOT-CURIE)
• Entdeckung von neuen, durch Neutronenbeschuss erzeugten radioaktiven Elementen der durch langsame Neutronen ausgelösten Kernreaktionen (ENRICO FERMI)
• Kernspaltung von Atomen (OTTO HAHN)
• Mutationen können durch Röntgenstrahlen hervorgerufen werden (HERMANN JOSEPH MULLER)
• Entdeckung des Zitronensäurezyklus (HANS ADOLF KREBS)
• Kohlenstoff-14 - Methode zur Altersbestimmung (WILLARD FRANK LIBBY)
• Molekularstruktur der Nukleinsäuren (DNS, RNS und ihre Bedeutung für die Informationsübertragung in lebender Substanz (FRANCIS HARRY COMPTON CRICK, JAMES DEWEY WATSON und MAURICE HUGH FREDERICK WILKINS)
• Interpretation des genetischen Codes und dessen Funktion bei Protein-Synthesen (ROBERT W. HOLLEY, HAR GOBIND KHORANA und MARSHALL W. NIRENBERG)
• Konstruktion des ersten Elektronenmikroskops (ERNST RUSKA)
• Entwicklung tragbarer Computer (PIERRE GILLES DE GENNES)
• Entdeckung der Prionen als Ursache für Infektionen (STANLEY B. PRUSINER)

Die USA waren vom ersten Weltkrieg weniger betroffen, als die beteiligten Länder Europas. Katastrophale Folgen hatte jedoch der Börsenkrach vom 24. Oktober 1929 in New York, der so genannte „Schwarze Freitag“, der eine Weltwirtschaftskrise auslöste. Das Land befand sich im Unbruch. Neue Bundesstaaten kamen hinzu, Rassenunruhen tobten, die Wirtschaft und der Welthandel entwickelten sich schwunghaft.

Am zweiten Weltkrieg beteiligten sich die USA, sie gehörten im Mai 1945 zu den Siegermächten. Danach wurde der Krieg mit Japan fortgeführt. Um den Druck auf das Krieg führende Japan zu erhöhen, warf die USA am 6. August 1945 auf Hiroshima und drei Tage später auf Nagasaki die ersten Atombomben. Dabei kamen Millionen Menschen ums Leben und noch heute leiden viele unter den Folgen der atomaren Strahlung.

Sowohl die USA als auch die UdSSR waren um die Eroberung des Weltalls bemüht. Als Erstes gelang es der UdSSR, 1957einen künstlichen Erdsatelliten, Sputnik 1, ins All zu schicken. Lunik 3 sendete ein Jahr später die ersten Bilder von der Rückseite des Mondes zur Erde.
1969 betrat Neil Armstrong als erster Mensch den Mond.

Lebenslauf

MELVIN CALVIN wurde am 08.04.1911 in Saint Paul (Minnesota) geboren. Seine Eltern waren russische Emigranten.
Nach seiner Schulzeit studierte er Chemie an der Hochschule für Bergbau und Technologie in Michigan und erwarb den ersten akademischen Grad 1931.
An der Universität von Minnesota beschäftigte sich MELVIN CALVIN unter seinem Lehrer, Professor GEORGE A. GLOCKER zuerst mit der Elektronenaffinität der Halogene. 1935 promovierte CALVIN und wechselte im gleichen Jahr nach England, um seine Studien an der Universität von Manchester unter Professor MICHAEL POLANYI fortzusetzen.

In Manchester wurde CALVINs Interesse an Vorgängen der Katalyse bei organischen Verbindungen (Biokatalyse) geweckt. Seine besondere Aufmerksamkeit galt dabei den metallischen Porphyrinverbindungen. Gemeinsam mit POLANYI veröffentlichte er Abhandlungen über die Chemie der Metallchelate und deren praktische Anwendungen.
Sie untersuchten insbesondere das elektrische, photoelektrische und photochemische Verhalten solcher Verbindungen.

1937 kehrte er in sein Heimatland zurück. An der Universität von Kalifornien, in Berkeley, begann CALVIN als Dozent zu lehren und forschte auf verschiedenen Gebieten.
Während des zweiten Weltkrieges arbeitet CALVIN als Mitarbeiter am amerikanischen Atombombenprojekt (Manhattan Projekt). Er ist zu der Zeit von der Wichtigkeit der Entwicklung einer Atombombe überzeugt, um Nazideutschland zu bekämpfen. Später distanzieren sich fast alle Wissenschaftler, die an diesem Projekt mitgearbeitet haben davon, als die USA die Atombombe gegen Japan einsetzen und sie die furchtbaren Auswirkungen begreifen.

In Berkeley begann CALVIN auch mit Professor GILBERT N. LEWIS gemeinsam zu arbeiten. Die beiden Wissenschaftler erforschten allgemeine theoretische Aspekte der Strukturen organischer Moleküle. Zwei Publikationen erschienen in dieser Zeit:

1. „Farbigkeit von organischen Substanzen“ und
2. „Theorie der organischen Chemie“.

Durch die Beschäftigung mit Biokatalyse, farbigen organischen Makromolekülen und photochemischem sowie photoelektrischem Verhalten solcher Verbindungen vertiefte sich CALVINS Interesse für biochemische Vorgänge in Zellen. Dabei konzentrierte er sich zunehmend auf die Vorgänge bei der Fotosynthese.

Seit 1945 war es möglich, radioaktiven Kohlenstoff (C14) zur Erforschung solcher Stoffwechselvorgänge einzusetzen.
CALVIN erforschte nun Techniken, mithilfe dieses C14 die Abläufe bei der Fotosynthese, d. h. den Weg des aufgenommenen $C{O}_2$ genau zu erforschen.

1946 wurde der Wissenschaftler zum Direktor der Forschungsgruppe Chemie des Strahlungslabors (seit 1960 Labor für Biodynamik) ernannt.
1947 wurde CALVIN als ordentlicher Professor an die Universität von Kalifornien in Berkeley berufen.
Die Ausgangsstoffe und Endprodukte der Fotosynthese (Bild 2) waren schon lange bekannt, jedoch wußte man noch nichts Genaues über die Abläufe in den Chloroplasten der Pflanzenzellen (Video 1).

In den fünfziger Jahren gelang es ihm dann mit der C14- Methode, durch Untersuchungen an der einzelligen Grünalge Chlorella, einen Teil des chemischen Verlaufs der Fotosynthese bis ins Detail aufzuklären. Dieser Teil wird auch heute noch mit „CALVIN-Zyklus“ benannt ist (Video 2).
Der CALVIN- Zyklus wird auch als Dunkelreaktion bezeichnet, weil er ohne Licht auskommt (nicht etwa, weil er im Dunkeln abläuft!). CALVIN klärte dabei Folgendes auf:

• Kohlenstoffdioxid wird aufgenommen,
• Mittels ATP (energieübertragender Stoff, kommt aus der Lichtreaktion) und $NADP{H}_2$ wird das Kohlenstoffdioxid schrittweise reduziert,
• Es laufen insgesamt 13 Reaktionen ab, die einen Zyklus bilden,
• Unter Mitwirkung verschiedener Enzyme wird das aufgenommene Kohlenstoffdioxid letztendlich zu Glucose (und später zu Stärke) umgewandelt.

CALVIN erkannte, dass nicht die Glucose, sondern Fructose-1.5-diphosphat das Primärprodukt der Fotosynthese ist. Daraus wird nach Abspaltung der Phosphatreste schließlich Glucose gebildet.
Für seine Erkenntnisse auf dem Gebiet der Fotosynthese erhielt CALVIN 1961 den Nobelpreis für Chemie.

In seinen späteren Jahren erforschte CALVIN die Vererbung der Blutgruppen des Menschen, deren Grundstein KARL LANDSTEINER gelegt hatte. Dabei fand er das RHESUS-Antigen.
Auch mit den Ursachen von Krebs, Carcinogenese genannt, mit der chemischen Evolution auf der Erde oder mit vermuteten Abläufen bei der Urzeugung beschäftigte sich der vielseitige Wissenschaftler seitdem.

Bedeutende Leistungen

• Abhandlungen über die Chemie der Metallchelate
• Erforschung der Farbigkeit von organischen Substanzen
• Aufklärung der chemischen Reaktionen bei der zweiten Phase der Fotosynthese, der Dunkelreaktion, genannt CALVIN-Zyklus (auch CALVIN-BENSON-Zyklus)
• Vererbung der Blutgruppen des Menschen, Entdeckung des Rhesus-Antigens