メルヴィン・カルヴィン

1. 初期生活と教育

メルヴィン・カルヴィンは、ミネソタ州セントポールで生まれ、幼少期から学問への好奇心を示した。彼の家族は、後に彼の研究活動を支える基盤となった。

1.1. 出生と家族背景

メルヴィン・カルヴィンは1911年4月8日、ミネソタ州セントポールで、ロシア帝国(現在のリトアニアとジョージア)出身のユダヤ人移民であるエリアス・カルヴィンとローズ・ハーウィッツの間に生まれた。幼少期に家族はミシガン州デトロイトに移住し、両親は食料品店を営んで生計を立てた。カルヴィンはしばしば店の棚にあるあらゆる商品を興味津々に調べていたという。

1928年にデトロイトのセントラル高校を卒業した後、ミシガン鉱山技術大学(現在のミシガン工科大学)に進学し、同校初の化学分野における理学士号を1931年に取得した。その後、ミネソタ大学で学び、ジョージ・グロッカーの指導のもと、ハロゲンの電子親和力に関する論文を執筆し、1935年に博士号を取得した。博士号取得後、マンチェスター大学のマイケル・ポランニーの研究室に博士研究員として招かれ、2年間、有機分子の構造と挙動の研究に没頭した。

2. キャリア

カルヴィンは、カリフォルニア大学バークレー校での長きにわたるキャリアを通じて、光合成研究の最前線を走り、化学生物動力学研究所の設立に貢献した。

2.1. カリフォルニア大学バークレー校への参加と教授活動

カリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所所長であったジョエル・ヒルデブランドは、マンチェスター大学を訪れた際にカルヴィンをバークレー校の教員に誘った。これにより、カルヴィンは25年以上ぶりに化学科に採用された、バークレー校以外の大学出身者となった。ヒルデブランドはカルヴィンに「今こそ」放射性炭素研究を進める時だと促した。カルヴィンのバークレー校での初期の研究は、マーティン・カーメンとサム・ルーベンが1940年に発見した長寿命の炭素14同位体に関する研究に基づいていた。

1937年に講師として着任したカルヴィンは、1947年には化学教授に昇進し、ローレンス・バークレー国立研究所(当時はローレンス放射線研究所)の生体有機化学グループのディレクターを兼任した。1963年にはさらに分子生物学教授の肩書きが追加された。

2.2. 研究室の設立と運営

カルヴィンは、彼の飽くなき好奇心と学際的な協力の利点への認識から、学生や客員研究員間の協力を促進するために設計された円形の建物、通称「ラウンドハウス」として知られる化学生物動力学研究所を設立し、その所長を務めた。彼はまた、バークレー放射線研究所の副所長も兼任し、1980年に引退するまでそこで多くの研究を行った。ラウンドハウスでは、世界中から博士研究員や客員科学者を招き、オープンな科学的議論が日常的に行われるコミュニティを築いた。彼の優れたマネジメントスキルは高く評価され、今日の多くの創造的な科学研究組織のモデルとなっている。

2.3. 光合成研究とカルビン回路

カルヴィンの研究チームは、サム・ルーベンとマーティン・カーメンによる炭素14同位体に関する研究を基盤として、光合成における炭素固定経路の解明に着手した。この研究の最大の目的は、光エネルギーが化学エネルギーに変換される仕組みを発見することであった。

チームにはアンドリュー・ベンソン、ジェームズ・バッシャムらが加わり、ベンソンは光合成研究室の立ち上げを担当した。彼らの研究は、炭素14同位体を放射性トレーサーとして用いることで、二酸化炭素が大気中から吸収され、植物内で炭水化物やその他の有機化合物に変換されるまでの炭素の完全な経路を特定することに成功した。このプロセスは光合成サイクルの一部であり、メルヴィン・カルヴィン、アンドリュー・ベンソン、ジェームズ・バッシャムの功績を称え、「カルビン・ベンソン・バッシャム回路」または「カルビン回路」と命名された。

2.3.1. カルビン回路の発見

カルビン回路の発見は、ルーベンが研究室での事故で死去し、カーメンがFBIや国務省との安全保障上の問題に巻き込まれた後、中断されていたサム・ルーベンとマーティン・カーメンの炭素14同位体に関する研究を引き継ぐ形で始まった。放射線研究所所長のアーネスト・ローレンスと化学・化学工学学部長のウェンデル・ラティマーは、1945年にカルヴィンを招き、この研究の継続を託した。

当初、研究室は炭素14の医療応用、および医療研究のための放射性標識アミノ酸や生物代謝物の合成に焦点を当てていた。カルヴィンは全国の研究所から優秀な化学者を集め、特に光合成と炭素14に関するルーベンとカーメンの以前の研究に携わっていたアンドリュー・ベンソンをこの分野の責任者として招いた。

当時、糖やその他の還元型炭素化合物の生成は「光反応」であるという説が有力であった。ベンソンは、暗所での二酸化炭素固定生成物の単離に関する以前の研究を継続し、放射性コハク酸を結晶化させることから調査を始めた。これに加え、藻類を二酸化炭素なしで光にさらし、直ちに二酸化炭素を含む暗いフラスコに移すと、放射性スクロースが純粋な光合成と同じ速度で形成されることを観察した。これは、二酸化炭素の非光化学的還元が存在するという決定的な証拠となった。

次に、彼らは二酸化炭素固定の最初の生成物を特定する必要があった。このために、W.A.ステプカが開発したペーパークロマトグラフィー技術を応用し、二酸化炭素固定の最初の生成物が3-炭素ホスホグリセリン酸(PGA)であることを特定した。これは、ルーベンとカーメンが何年も前に概説した反応によって、グルコース発酵の既知の生成物であった。

この発見後、シカゴ大学の競合する研究室がこの発見を確認できず、カルヴィンの論文に対して強い批判を展開した。これにより、アメリカ科学振興協会が主催するシンポジウムが開催され、どちらの研究室が正しいかを決定することになった。会議では抵抗に遭ったものの、カルヴィンとベンソンは聴衆を彼らの立場に納得させ、批判は退けられた。

この最初の同定の後、解糖系の残りのメンバーのうち2つを除くすべてが、その化学的挙動に基づいて同定された。2つの未知の成分は糖であった。ベンソンは、ペーパークロマトグラム上での分離に気づき、その反応性を調べた後、それらがケトースであることを認識した。ジェームズ・A・バッシャムの協力により、これらの化合物は過ヨウ素酸塩分解にかけられた。ある糖のカルボニル炭素に14%の活性が確認されたことで、バッシャムは7炭素糖に注目した。しかし、さらにいくつかのテストを行ったにもかかわらず、バッシャムはこれらの2つの糖の正体を特定することができなかった。

さらなる実験により、二酸化炭素の取り込みを制限することでリブロースビスリン酸のレベルが増加することが示された。これは、それが二酸化炭素の受容体分子であるという兆候であった。そのメカニズムはすぐには明らかではなかったが、カルヴィンは後に「新規カルボキシル化メカニズム」と呼ばれるものを特定し、1958年に一連の解明を完了させた。

2.4. その他の研究分野

カルヴィンは光合成研究以外にも多岐にわたる学術分野に貢献した。彼は生命の化学進化について長年研究を行い、1969年にはその主題に関する著書『化学進化』を出版した。また、再生可能エネルギー源としての石油生産植物の利用に関する研究にも晩年まで取り組み、有機地球化学、がんの化学、月の石の分析など、幅広い分野で研究を行った。

3. 公職と諮問活動

カルヴィンは生涯にわたり、科学分野における様々な公務や政府、学術機関での諮問委員としての役割を果たし、科学政策の形成に貢献した。

3.1. 科学諮問委員会活動

カルヴィンは、1963年から1966年まで大統領科学諮問委員会のメンバーを務め、アメリカ合衆国エネルギー省の最高諮問機関であるエネルギー研究諮問委員会にも参加した。

また、NASAとの協力では、アポロ計画中に月を地球からの生物汚染から保護し、地球を月からの汚染から保護するための計画作成を支援した。さらに、月のサンプルをどのように持ち帰るか、他の惑星での生物学的生命をどのように探すかについての戦略策定にも貢献した。

3.2. 学術団体におけるリーダーシップ

カルヴィンは、アメリカ化学会、アメリカ植物生理学会、アメリカ科学振興協会太平洋支部の会長を務めた。これらすべてに加えて、米国科学アカデミーの科学公共政策委員会の委員長も務めた。

さらに、国際純正・応用化学連合の応用放射能合同委員会、国際生化学連合の米国委員会、国際純粋・応用生物物理学機構の分子生物物理学委員会など、多くの国際委員会や国際組織でも活動した。

4. 論争

メルヴィン・カルヴィンの研究活動、特にカルビン回路の発見における功績については、一部で批判的な見解や論争が提起されている。

4.1. アンドリュー・ベンソンとの関係

オックスフォード大学植物園の園長であるティモシー・ウォーカーは、2011年のBBCの植物学史に関するテレビ番組で、カルヴィンがアンドリュー・ベンソンを解雇した後、ベンソンの研究の功績を自身が独占したと批判した。ウォーカーは、カルヴィンが数十年後に自身の自伝を執筆した際に、ベンソンの役割に言及しなかったことも指摘している。ベンソン自身も、カルヴィンに解雇されたこと、そして自身の自伝で言及されなかったことについて不満を述べている。ベンソンは、カルヴィンの自伝『光の道をたどる(Following the Trail of Light)』は、カルヴィンがノーベル賞を受賞するまでの彼の功績に焦点を当てており、ベンソンについては全く触れられていないと批判した。ベンソンによると、カルヴィンは晩年の出版物の一つで「ベンソン博士と数名の大学院生が関与した」と簡単に言及したに過ぎないという。

5. 私生活

メルヴィン・カルヴィンは、1942年にマリー・ジーンヌヴィエーヴ・ジェムテガードと結婚した。彼らには、エリン、ソウィー、カロールという3人の娘と、ノエルという1人の息子がいた。

6. 栄誉と遺産

カルヴィンは、その卓越した科学的貢献に対して数多くの賞と栄誉を受け、科学界に多大な影響を与えた。

6.1. 主要な受賞と栄誉

カルヴィンは、1961年に「植物における二酸化炭素同化の研究」によりノーベル化学賞を受賞した。その他にも、以下の主要な賞や栄誉を受けている。

1954年 - 米国科学アカデミー会員選出
1955年 - センテナリー賞
1957年 - レムセン賞
1958年 - ウィリアム・H・ニコルズ賞
1958年 - オランダ王立芸術科学アカデミー外国人会員選出
1958年 - アメリカ芸術科学アカデミー会員選出
1959年 - ドイツ自然科学アカデミー・レオポルディーナ会員選出
1960年 - アメリカ哲学協会会員選出
1964年 - デービーメダル(王立協会)
1965年 - ベーカリアン・メダル(王立協会)
1971年 - ホイッティア大学より名誉法学博士号(LL.D.)
1977年 - ウィラード・ギブズ賞(アメリカ化学会)
1978年 - プリーストリーメダル(アメリカ化学会)
1979年 - アメリカ化学者協会ゴールドメダル
1989年 - アメリカ国家科学賞

また、彼は上記の他に13の名誉学位を授与されている。2011年には、エイサ・グレイ、マリア・ゲッパート＝メイヤー、セベロ・オチョアと共に、アメリカの科学者シリーズのUSPS記念切手に描かれた。これは、2005年と2008年に発行されたシリーズの第3巻であった。

Bassham, J. A., Benson, A. A., and Calvin, M. "The Path of Carbon in Photosynthesis VIII. The Role of Malic Acid." (1950年1月25日)
Badin, E. J., and Calvin, M. "The Path of Carbon in Photosynthesis IX. Photosynthesis, Photoreduction, and the Hydrogen-Oxygen-Carbon Dioxide Dark Reaction." (1950年2月1日)
Calvin, M., Bassham, J. A., Benson, A. A., Kawaguchi, S., Lynch, V. H., Stepka, W., and Tolbert, N. E. "The Path of Carbon in Photosynthesis XIV." (1951年6月30日)
Calvin, M. "Photosynthesis: The Path of Carbon in Photosynthesis and the Primary Quantum Conversion Act of Photosynthesis." (1952年11月22日)
Bassham, J. A., and Calvin, M. "The Path of Carbon in Photosynthesis" (1960年10月)
Calvin, M. "The Path of Carbon in Photosynthesis (Nobel Prize Lecture)." (1961年12月11日)
Calvin, Melvin. 『化学進化：地球上およびその他の場所における生命システムの起源に向けた分子進化』 (1969年)

8. 死

メルヴィン・カルヴィンは、1997年1月8日に心不全のため85歳で死去した。