Видатний професор Мартін Кеймен був співвідкривачем радіоактивного ізотопу вуглецю-14. Знахідка змінила біохімію як індикатор, який слідкує за хімічними процесами в рослинах, а його використання для вуглецевого датування скам’янілостей і стародавніх артефактів віком від 500 до 50 000 років зробило революцію в археології. Саме відкриття Кеймена включали підтвердження ідеї про те, що весь кисень, який виділяється під час фотосинтезу, походить із води, а не з вуглекислого газу. Далі на toronto1.one.
Що таке вуглець-14?
Якраз це відкриття є одним із найбільших досягнень Мартіна Кеймена та Сема Рубена (працював з ним у тандемі). Ця робота науковця докорінно змінила науку. На 2024 рік вуглець-14 використовується для розуміння всіх біохімічних реакцій (за участю вуглецю). Сам Кеймен використовував вуглець-14, щоб зрозуміти метаболізм і фотосинтез, найважливіший процес на нашій планеті. Також він використовується незліченною кількістю хіміків, біохіміків, молекулярних біологів, вчених-медиків, археологів і геологів. Загалом техніка з його застосуванням дозволила вченим датувати археологічні та антропологічні знахідки 60 000 років тому, а вуглець-14 допоміг науковцям визначити, чи були картини намальовані відомими художниками, чи фальсифікаторами. Зовсім нещодавно вчені-екологи використовували вуглець-14 для вивчення розподілу та обороту вуглекислого газу в навколишньому середовищі.
Висновок у найголовнішому дослідженні науковця
У 1937 році, після завершення свого докторського дослідження з розсіювання нейтронів, Мартін Кеймен почав свою кар’єру радіохіміка в легендарній групі під керівництвом Ернеста О. Лоуренса. Стартував вчений у Каліфорнійському університеті в Берклі. Він використав вуглець-11, який виготовив на циклотроні Берклі, щоб відстежити хімічні та біохімічні процеси, але був обмежений коротким періодом напіврозпаду (21 хвилина) цього нукліда. Існування нукліда вуглецю-14 постулювалося з 1934 року, але за ним ніколи не спостерігали та не характеризували. Кеймену вдалося підготувати C-14 у достатній кількості, щоб визначити його енергію бета-випромінювання та час життя. Примітно, що його надзвичайно довгий період напіврозпаду (5700 років) відрізнявся від теоретичних очікувань.
Дві основні теми повторювалися в піонерських дослідженнях радіовуглецю Кеймена: фотосинтез і пов’язана з ним загальна проблема асиміляції CO2. У 1938 році він продемонстрував у співпраці з Семом Рубеном та іншими, що джерелом молекулярного кисню у фотосинтезі є вода, а не вуглекислий газ.
Експерименти Мартіна Кеймена
У воєнні роки ліберальні ідеї та комунікабельність Мартіна Кеймена стали причиною того, що за ним спостерігали урядові служби безпеки, зокрема ФБР. У 1944 році його оголосили, грубо кажучи, злочинцем (нібито він є небезпечним) та звільнили з радіаційної лабораторії Берклі. Через кілька років науковця викликали до Комітету Палати представників з антиамериканської діяльності. Кеймен понад десять років боровся в судах, щоб очистити своє ім’я та повернути паспорт. Та щоразу чоловіка чекав провал. Мартіну постійно відмовляли, незважаючи навіть на запрошення вченого на наукові зустрічі за кордоном.
У 1945 році він переїхав до Інституту радіології Маллінкродта Медичної школи Вашингтонського університету, де керував циклотронним виробництвом радіоізотопів для медичних досліджень. Він продовжив дослідження фотосинтезу та цитохромів (дихальних білків, що є основою для відновлення кисню), використовуючи вуглець-14 як індикатор, співпрацюючи з біохіміками з усього університету. Маючи гостру наукову інтуїцію, він вирішив використати бактерії замість зелених рослин як дослідні організми. На цю зміну, пов’язану з його попередніми дослідженнями бактерій у Берклі, також вплинуло знайомство Кеймена з підходами порівняльної біохімії. Ці експерименти, що охоплювали всю галузь мікробіології, стимулювали працювати над серією досліджень.
У 1947 році Мартін написав про те, що одразу стало основною довідковою роботою за кілька десятиліть щодо використання радіоактивних індикаторів. Йдеться про проєкт під назвою «Radioactive Tracers in Biology: An Introduction to Tracer Methodology» («Радіоактивні індикатори в біології: Вступ до методології індикаторів»). Робота вперше опублікована в 1947 році. Взагалі пройшла через три видання, що включали нові методи, і три перевидання (до 1965 року). Вона залишається класичним довідником з фундаментальної ядерної науки, методології та техніки індикаторів.
Протягом 1950-х і 1960-х років його дослідження метаболізму фотосинтезуючих бактерій привели до низки важливих відкриттів, зокрема фіксації азоту та фотоеволюції молекулярного водню (разом з Х. Гестом, аспірантом на той час). Після того, як він, тобто Мартін і Лео Вернон виявили цитохронію C-tvpe в анаеробних бактеріях, чоловік розпочав серію піонерських досліджень бактеріальних білків заліза. Вони вперше охарактеризували бактеріальний цитохром, і з цього виникла абсолютно нова область у науці – порівняльна біохімія цитохромів. Це мотивувало працювати над відкриттям багатьох нових класів білків заліза.
Викладацька діяльність та нагороди
Кеймен став професором біохімії в Університеті Брандейса (1957-1961) і професором хімії в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго (1961-1978). З 1967 по 1970 рік кожні шість місяців він працював директором з досліджень у Національному центрі науково-дослідної лабораторії фотосинтезу в Гіф-сюр-Іветт, Франція. Учений викладав в Університеті Південної Каліфорнії, де був директором лабораторії хіміко-біологічного розвитку (1974-1977) і директором молекулярної біології (1978). Остання наукова посада – професор Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та Університеті Південної Каліфорнії. Кеймен викладав, поки йому не виповнилося вісімдесят.
Сам Мартін здобув ступінь бакалавра та доктора філософії. Це стосується дипломів з хімії, які він отримав в Чиказькому університеті. Доктор Кеймен опублікував понад 300 наукових праць, що свідчить про масштаб і значущість його роботи. Підручник Мартіна з індикаторних методів «Ізотопні індикаторні методи в біології» мав великий вплив на впровадження методології індикаторів у біохімію. Варто пригадати ще одну роботу науковця – «Первинні процеси фотосинтезу» (1963). Це класична праця. Але найцікавіше те, що вчений написав автобіографію «Radiant Science, Dark Politics: A Memoir of the Nuclear Age» (1985). У ній автор розповідає про своє життя протягом 1937-1957 років.
Мартін отримав багато почесних ступенів, у тому числі в Чиказькому університеті, Вашингтонському університеті, Університеті Іллінойсу, Університеті Брендіс, Університеті Фрайлбура в Німеччині та Інституті науки Вальцмана в Ізраїлі. Його нагороди: C. F. Наукова премія Кеттерінга (1963-1970), Премія Кеттерінга за досягнення в галузі фотосинтезу (1968), премія Мерка Американського товариства хіміків-біологів (1982) і премія Ейнштейна Всесвітньої ради культури (1990). Також науковець був членом Національної академії наук, Американської академії мистецтв і наук і Американського філософського товариства.