Melvin Calvin

1.1. Kelahiran dan Latar Belakang Keluarga

Melvin Calvin dilahirkan di St. Paul, Minnesota, pada 8 April 1911. Beliau merupakan anak kepada Elias Calvin dan Rose Herwitz, imigran Yahudi dari Empayar Rusia, yang kini dikenali sebagai Lithuania dan Georgia. Pada usia muda, keluarga Calvin berpindah ke Detroit, Michigan, di mana ibu bapanya menguruskan sebuah kedai runcit. Sejak kecil, Calvin sering menunjukkan rasa ingin tahu yang mendalam dengan meneroka pelbagai produk di kedai mereka.

1.2. Pendidikan

Setelah menamatkan pengajian di Sekolah Tinggi Central pada tahun 1928, Calvin melanjutkan pelajaran di Michigan College of Mining and Technology, yang kini dikenali sebagai Michigan Technological University. Beliau menerima ijazah Sarjana Muda Sains dalam bidang Kimia pada tahun 1931, menjadi penerima pertama ijazah tersebut dari universiti itu. Beliau kemudiannya memperoleh Ph.D. dalam bidang kimia dari Universiti Minnesota pada tahun 1935. Di bawah bimbingan George Glocker, tesis kedoktorannya memfokuskan kepada afiniti elektron halogen. Selepas itu, beliau dijemput untuk menyertai makmal Michael Polanyi sebagai pelajar pasca-doktor di Universiti Manchester di England. Selama dua tahun di sana, penyelidikan beliau tertumpu kepada kajian struktur dan tingkah laku molekul organik.

2.1. Penyertaan di UC Berkeley dan Aktiviti Pengajaran

Pada tahun 1937, Melvin Calvin dijemput oleh Joel Henry Hildebrand, pengarah Makmal Radiasi Universiti California, untuk menyertai fakulti di Universiti California, Berkeley. Beliau merupakan graduan bukan Berkeley pertama yang diambil bekerja oleh jabatan kimia dalam tempoh lebih 25 tahun, satu petanda awal pengiktirafan bakatnya. Pada tahun 1947, beliau dinaikkan pangkat menjadi Profesor Kimia dan dilantik sebagai pengarah kumpulan Biokimia Organik di Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley. Pada tahun 1963, beliau diberi gelaran tambahan sebagai Profesor Biologi Molekular, mencerminkan kepakaran dan sumbangannya yang meluas dalam bidang sains.

2.2. Penubuhan dan Pengurusan Makmal

Calvin adalah pengasas dan pengarah Makmal Biodinamik Kimia, yang dikenali sebagai "Roundhouse" kerana reka bentuk bulatnya. Makmal ini direka khas untuk memudahkan kerjasama antara pelajar dan saintis pelawat, mencerminkan rasa ingin tahu Calvin yang tidak pernah puas dan kepercayaannya terhadap manfaat kolaborasi antara disiplin. Perbincangan saintifik yang terbuka adalah sebahagian besar daripada kehidupan seharian pelajarnya, dan beliau berusaha untuk mewujudkan ruang komuniti di mana pelbagai jenis pemikiran dan pengetahuan dapat disatukan. Untuk tujuan ini, beliau membawa masuk pelajar pasca-doktor dan saintis jemputan dari seluruh dunia.

Pada masa yang sama, beliau juga berkhidmat sebagai Naib Pengarah Makmal Radiasi Berkeley, di mana beliau menjalankan sebahagian besar penyelidikannya sehingga persaraannya pada tahun 1980. Kemahiran pengurusan Calvin menjadi terkenal, dan banyak pusat penyelidikan saintifik kreatif hari ini mencontohi model pengurusannya. Beliau dikenali sebagai "Mr. Photosynthesis," namun gelaran itu tidak cukup untuk menggambarkan bagaimana kemahiran organisasi dan pengurusannya merevolusikan komuniti saintifik di pelbagai bidang.

2.3. Penyelidikan Fotosintesis dan Kitaran Calvin

Penyelidikan fotosintesis Calvin bermula dengan membina asas daripada kerja Sam Ruben dan Martin Kamen mengenai isotop karbon-14. Walaupun kerja Ruben dan Kamen terhenti selepas kematian Ruben dan masalah keselamatan Kamen dengan FBI serta Jabatan Negara Amerika Syarikat, Ernest Lawrence, pengarah Makmal Radiasi, berbangga dengan kerja mereka dan ingin melihat penyelidikan itu diteruskan. Oleh itu, beliau bersama Wendell Latimer, Dekan Kimia dan Kejuruteraan Kimia, merekrut Calvin pada tahun 1945.

Fokus asal makmal adalah pada aplikasi karbon-14 dalam perubatan dan sintesis asid amino berlabel radioaktif serta metabolit biologi untuk penyelidikan perubatan. Calvin mula menubuhkan makmal dengan merekrut ahli kimia yang cemerlang dari seluruh negara. Beliau kemudian merekrut Andrew Benson, yang pernah bekerja dengan Ruben dan Kamen dalam fotosintesis dan karbon-14, untuk mengetuai aspek fotosintesis makmal tersebut. Tujuan makmal ini adalah untuk menemui laluan penetapan karbon melalui proses fotosintesis. Impak terbesar penyelidikan ini adalah penemuan cara tenaga cahaya ditukar menjadi tenaga kimia.

Teori yang dominan mengenai penghasilan gula dan sebatian karbon terkurang lain pada masa itu adalah bahawa ia dianggap sebagai tindak balas "cahaya". Teori ini belum dapat dibuktikan salah. Benson memulakan penyiasatannya dengan meneruskan kerja sebelumnya dalam pengasingan produk penetapan CO₂ gelap dan kemudian akan mengkristalkan asid suksinik radioaktif. Ini dipasangkan dengan pendedahan alga kepada cahaya tanpa CO₂ dan kemudian segera memindahkannya ke kelalang gelap yang mengandungi CO₂, dan memerhatikan bahawa sukrosa radioaktif masih terbentuk pada kadar yang sama seperti ketika fotosintesis dibenarkan berlaku dalam cahaya tulen. Ini memberikan bukti muktamad bahawa terdapat pengurangan CO₂ bukan fotokimia.

Walau bagaimanapun, terdapat masalah: mereka kini perlu menentukan produk pertama penetapan CO₂. Untuk melakukan ini, mereka mula menggunakan teknik kromatografi kertas yang dipelopori oleh W.A. Stepka. Ini membolehkan mereka menentukan bahawa produk pertama penetapan CO₂ adalah asid 3-fosfogliserik (PGA), produk yang telah lama dikenali dari fermentasi glukosa mengikut tindak balas yang digariskan bertahun-tahun sebelumnya oleh Ruben dan Kamen.

Selepas penemuan ini, makmal pesaing Calvin di Universiti Chicago tidak dapat mengesahkan penemuan tersebut dan dengan itu melancarkan serangan kuat terhadap literatur Calvin. Ini membawa kepada simposium yang ditaja oleh Persatuan Amerika untuk Kemajuan Sains untuk menentukan makmal mana yang betul. Walaupun mendapat tentangan pada persidangan itu, Calvin dan Benson dapat meyakinkan penonton tentang kedudukan mereka dan serangan itu ditolak.

Selepas pengenalan pertama ini, ahli-ahli jujukan glikolitik yang tinggal, kecuali dua, dapat dikenal pasti berdasarkan tingkah laku kimia mereka. Dua komponen yang tidak diketahui adalah gula. Benson, setelah memerhatikan pemisahannya pada kromatogram kertas dan memeriksa kereaktifannya, menyedari bahawa ia adalah ketosa. Berkat kerjasama James A. Bassham, sebatian tersebut dapat dikenakan degradasi periodat. Pengenalpastian aktiviti 14% dalam karbon karbonil dalam salah satu gula membuat Bassham mengalihkan perhatiannya kepada gula tujuh karbon. Walaupun beberapa ujian lagi, Bassham tidak dapat menentukan identiti kedua-dua gula ini.

Eksperimen lanjut menunjukkan bahawa melalui pembatasan pengambilan CO₂, tahap ribulosa bisfosfat dapat ditingkatkan. Ini adalah petunjuk bahawa ia adalah molekul penerima untuk CO₂. Walaupun mekanisme untuk ini tidak segera jelas, Calvin dapat menentukan satu mekanisme kemudian yang disebut mekanisme karboksilasi baru yang akan membawa kepada penyelesaian siri pada tahun 1958.

2.4. Bidang Penyelidikan Lain

Selain fotosintesis, Calvin juga menyumbang kepada pelbagai bidang penyelidikan lain. Beliau menghabiskan banyak tahun menguji evolusi kimia kehidupan dan menerbitkan sebuah buku mengenai subjek itu pada tahun 1969, bertajuk "Chemical Evolution: molecular evolution towards the origin of living systems on the earth and elsewhere." Pada tahun-tahun terakhir penyelidikan aktifnya, beliau mengkaji penggunaan tumbuhan penghasil minyak sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui. Beliau juga menjalankan penyelidikan dalam geokimia organik, kimia karsinogenesis, dan analisis batuan bulan.

3.1. Perkhidmatan dalam Jawatankuasa Penasihat

Calvin berkhidmat sebagai ahli Jawatankuasa Penasihat Sains Presiden dari tahun 1963 hingga 1966, di bawah pentadbiran Presiden John F. Kennedy dan Lyndon B. Johnson. Beliau juga merupakan ahli lembaga penasihat tertinggi Jabatan Tenaga Amerika Syarikat, iaitu Lembaga Penasihat Penyelidikan Tenaga. Selain itu, beliau terlibat secara aktif dengan NASA, di mana beliau membantu dalam perancangan untuk melindungi Bulan daripada pencemaran biologi dari Bumi dan Bumi daripada pencemaran dari Bulan semasa misi Apollo. Beliau turut membantu merangka strategi terbaik untuk membawa pulang sampel lunar dan mencari kehidupan biologi di planet lain.

Beliau juga berkhidmat dalam banyak jawatankuasa antarabangsa dan untuk banyak organisasi antarabangsa, termasuk Suruhanjaya Bersama mengenai Radioaktiviti Gunaan bagi Kesatuan Kimia Tulen dan Gunaan Antarabangsa, Jawatankuasa A.S. bagi Kesatuan Biokimia Antarabangsa, dan Suruhanjaya Biofizik Molekular bagi Pertubuhan Biofizik Tulen dan Gunaan Antarabangsa.

3.2. Kepimpinan dalam Persatuan Saintifik

Calvin memegang peranan kepimpinan dalam beberapa organisasi saintifik berprestij. Beliau berkhidmat sebagai presiden Persatuan Kimia Amerika, Persatuan Ahli Fisiologi Tumbuhan Amerika, dan Bahagian Pasifik bagi Persatuan Amerika untuk Kemajuan Sains. Selain itu, beliau juga memegang jawatan pengerusi Jawatankuasa Sains dan Dasar Awam bagi Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat. Pada akhir tahun 1950-an, beliau menjadi ahli pertama Persatuan Penyelidikan Sistem Umum. Beliau juga dipilih sebagai ahli asing Royal Society of London, Akademi Jepun, dan Akademi Seni dan Sains Diraja Belanda.

4.1. Kritikan Berkenaan Andrew Benson

Dalam siri televisyen sejarah botaninya untuk BBC pada tahun 2011, "Botany: A Blooming History", Timothy Walker, Pengarah Taman Botani Universiti Oxford, mengkritik layanan Calvin terhadap Andrew Benson. Walker mendakwa bahawa Calvin telah mengambil kredit atas kerja Benson selepas memecatnya, dan gagal menyebut peranan Benson apabila menulis autobiografinya berdekad kemudian. Benson sendiri juga telah menyatakan bahawa beliau dipecat oleh Calvin dan mengeluh kerana tidak disebutkan dalam autobiografi Calvin, "Following the Trail of Light," walaupun beliau mengakui judul buku itu indah. Benson menyatakan bahawa Calvin sepatutnya memberikan pengiktirafan yang sewajarnya.

5.1. Perkahwinan dan Keluarga

Melvin Calvin berkahwin dengan Marie Genevieve Jemtegaard pada tahun 1942. Pasangan ini dikurniakan empat orang anak: tiga anak perempuan bernama Elin, Sowie, dan Karole, serta seorang anak lelaki bernama Noel.

6.1. Anugerah dan Kehormatan Utama

Calvin dianugerahkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1961 "atas penyelidikannya mengenai asimilasi karbon dioksida dalam tumbuhan." Selain itu, beliau menerima banyak anugerah dan kehormatan lain, termasuk:

• Dipilih ke Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat (1954)
• Anugerah Centenary (1955)
• Anugerah Remsen (1957)
• Anugerah William H. Nichols (1958)
• Dipilih sebagai ahli asing Akademi Seni dan Sains Diraja Belanda (1958)
• Dipilih ke Akademi Seni dan Sains Amerika (1958)
• Dipilih sebagai Ahli Akademi Sains Jerman Leopoldina (1959)
• Dipilih ke Persatuan Falsafah Amerika (1960)
• Pingat Davy dari Royal Society (1964)
• Pingat Bakerian dari Royal Society (1965)
• Ijazah Doktor Undang-undang Kehormat (LL.D.) dari Whittier College (1971)
• Anugerah Willard Gibbs dari Persatuan Kimia Amerika (1977)
• Pingat Priestley dari Persatuan Kimia Amerika (1978)
• Pingat Emas Institut Kimiawan Amerika (1979)
• Pingat Sains Kebangsaan (1989)

Beliau juga menerima 13 ijazah kehormat lain sepanjang hayatnya.

6.2. Impak dan Warisan Saintifik

Penyelidikan Calvin mempunyai impak yang mendalam dalam bidang fotosintesis, biokimia, dan tenaga boleh diperbaharui. Penemuan Kitaran Calvin telah mengubah pemahaman saintifik tentang bagaimana tumbuhan menukar tenaga cahaya kepada tenaga kimia, menjadi asas kepada penyelidikan biologi dan pertanian moden. Sumbangannya dalam evolusi kimia dan potensi tumbuhan penghasil minyak sebagai sumber tenaga alternatif juga membuka jalan bagi bidang penyelidikan baharu dan kelestarian alam sekitar.

6.3. Peringatan

Pada tahun 2011, Melvin Calvin telah dipaparkan dalam koleksi setem pos Amerika Syarikat "American Scientists", bersama-sama dengan Asa Gray, Maria Goeppert-Mayer, dan Severo Ochoa. Ini merupakan jilid ketiga dalam siri tersebut, dengan dua jilid pertama dikeluarkan pada tahun 2005 dan 2008.