Карле (Karle), Джером

Американский химик Джером Карле родился в Нью-Йорке, в семье Луиса Карле и Сэйди (Кан) Карфанкл. Он вырос в Бруклине и окончил там в 1933 г. среднюю школу Авраама Линкольна. Потом Карле учился в нью-йоркском Сити-колледже, где познакомился с Хербертом А. Хауптманом, студентом из Бронкса. В колледже Карле изучал главным образом химию и биологию и в 1937 г. получил степень бакалавра. Он продолжил получение образования в Гарвардском университете, где через год ему была присуждена магистерская степень по биологии. В течение следующих полутора лет Карле работал в Государственном управлении здравоохранения в Нью-Йорке, а затем поступил в Мичиганский университет. В 1943 г. Карле стал магистром естественных наук и за диссертацию по газовой электронографии получил докторскую степень по физической химии.

Во время второй мировой войны Карле был участником проекта военно-морских сил США, а позднее – ассистентом-исследователем Манхэттенского проекта – научных разработок по созданию атомной бомбы. После окончания войны, в 1946 г., Карле вошел в штат военно-морской научно-исследовательской лаборатории в Вашингтоне. Здесь он снова встретился с Хауптманом. 50-е гг. для Карле прошли под знаком их сотрудничества: оба они работали над созданием прямого метода расшифровки трехмерных молекулярных структур с помощью рентгеновской кристаллографии.

Когда пучок рентгеновских лучей направлен на кристалл вещества, некоторые лучи проходят через кристалл, а другие отклоняются под влиянием электронов атомных ядер. Отклоненные лучи фиксируются на фотографической пленке в виде тысяч точек, образующих характерный рисунок. Этот рисунок очень отдаленно напоминает точное распределение атомов внутри кристалла. Но путем анализа интенсивности точечных пятен на фотопленке и расположения точек Карле и Хауптману удалось, применив математические формулы, рассчитать фазу рентгеновского пучка, т.е. то, насколько отклонился каждый луч при прохождении через кристалл. На основании этих подсчетов была создана карта электронной плотности кристалла, которая показывала точное расположение атомов и, следовательно, давала картину молекулярной структуры вещества.

Рентгеновская кристаллография применялась для анализа внутренней структуры больших молекул уже в течение ряда лет. В 1912 г. немецкий физик Макс фон Лауэ открыл дифракцию рентгеновских лучей кристаллами. Позднее У.Л. Брэгг и его отец У.Г. Брэгг определили атомную структуру многих типов кристаллов. Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик применили рентгеновскую кристаллографию в работе над структурой дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Эти исследователи, исходя из точечного рисунка на фотографической пленке, делали вывод лишь о форме молекулы, а метод, разработанный Карле и Хауптманом, позволял непосредственно соотносить интенсивность и размещение точек с расположением атомов внутри молекулы.

В 1953 г. Карле и Хауптман опубликовали статью о результатах своей работы. Этот чрезвычайно сложный, насыщенный математическими формулами трактат, казалось, не имел никакого отношения к химии, и решение с его помощью ранее упорно не поддававшейся проблемы было встречено со скептицизмом и даже враждебностью многими учеными, занимавшимися кристаллографией. Самой значительной преградой на пути принятия этого метода служило то, что мало кто из химиков разбирался в математическом аспекте этой процедуры. В результате Карле и Хауптман не получили никакой поддержки со стороны других исследователей в этой области, и прямой метод расшифровки структур оставался без применения в течение 15 лет. Трехмерные структуры составляют неотъемлемую часть химии. Для понимания молекулярных реакций и взаимодействия молекул между собой необходимо точно знать, как расположены атомы внутри молекулы. Несмотря на то что существуют и другие способы установления молекулярного строения, предложенный Карле и Хауптманом прямой метод расшифровки является не только более эффективным, но и обеспечивает создание точной, подробной картины всей структуры молекулы.

Наиболее значительный вклад, внесенный Карле и Хауптманом после 1956 г., заключается в практическом применении разработанного ими метода, особенно в отношении кристаллов, которые не обладают осевой симметрией. В 1968 г. научно-исследовательской лабораторией военно-морских сил США была учреждена специально для Карле должность руководителя научных исследований, и он возглавил лабораторию структуры вещества. Признание проделанной им и Хауптманом работы пришло в конце 60-х гг., когда жена ученого Изабелла, физикохимик и сотрудник военно-морской научно-исследовательской базы, применила этот метод на практике при анализе больших молекул. Результаты проведенных ею опытов убедили многих ученых в области кристаллографии в полезности и высокой степени точности прямого метода расшифровки структур.

Продолжая заниматься исследовательской работой в лаборатории военно-морских сил, Карле время от времени читал лекции по математике и физике в колледже Мэрилендского университета. Он выступал с лекциями в Великобритании, Германии, Италии, Канаде, Польше, Бразилии и Японии, а кроме того, вел Вашингтонский коллоквиум по кристаллам, который ежемесячно проходит в геофизической лаборатории Института Карнеги.

В 1985 г. Карле и Хауптману была присуждена Нобелевская премия по химии «за выдающиеся достижения в разработке прямого метода расшифровки структур». Признание этого метода росло, и химики теперь могли с его помощью, быстро исследуя биологически активные компоненты молекул, создавать новые соединения с подобными свойствами. Благодаря прямому методу расшифровки структур были получены многие лекарственные препараты, а в последние годы – искусственные аналоги стероидных гормонов для лечения рака груди. Этот метод применяется также для изучения энкефалинов (природных обезболивающих средств, вырабатываемых мозгом) и для разработки на их основе новых лекарственных препаратов.

В 1942 г. Карле женился на химике Изабелле Льюгоски. У супругов три дочери. В число большого количества наград, которых удостоился Карле, входят: награда за выдающиеся заслуги перед государством военно-морских сил США (1968), награда Хиллебранда Американского химического общества (1970) и памятная медаль А.Л. Патерсона Американской кристаллографической ассоциации (1984). Карле – член Американского физического общества, Американского химического общества, Американской кристаллографической ассоциации, Американской ассоциации содействия развитию науки и Американского математического общества. В 1986 г. ученому была присвоена почетная степень нью-йоркского Сити-колледжа.