멜빈 캘빈

1. 초기 생애 및 교육

멜빈 캘빈은 미네소타주 세인트폴에서 태어나 어린 시절 디트로이트로 이주했다.

멜빈 캘빈은 1911년 4월 8일 미네소타주 세인트폴에서 러시아 제국 출신 유대인 이민자인 엘리아스 캘빈과 로즈 허위츠 부부의 아들로 태어났다. 그의 부모는 현재 리투아니아와 조지아로 알려진 지역 출신이었다. 어린 시절 캘빈의 가족은 미시간주 디트로이트로 이주하여 부모님은 식료품점을 운영하며 생계를 꾸렸다. 캘빈은 종종 상점의 진열된 제품들을 살펴보며 호기심을 탐구하는 모습을 보였다.

1.2. 학력

캘빈은 1928년 디트로이트의 센트럴 고등학교를 졸업했다. 이후 미시간 공과대학교(Michigan Technological University^영어, 당시 미시간 광산공과대학)에 진학하여 1931년 학교 최초로 화학 분야에서 학사 학위를 취득했다. 그는 1935년 미네소타 대학교에서 박사 학위를 받았는데, 조지 글록커(George Glocker^영어)의 지도를 받으며 할로젠의 전자 친화도에 대한 논문을 작성했다. 박사 학위 취득 후 캘빈은 영국 맨체스터 대학교의 마이클 폴라니(Michael Polanyi^영어) 연구실에서 2년간 박사 후 연구원으로 유기 분자의 구조와 행동을 연구했다.

2. 경력

캘빈은 캘리포니아 대학교 버클리에서 오랜 기간 교수로 재직하며 다양한 연구실을 설립하고 운영했다.

2.1. 캘리포니아 대학교 버클리 합류 및 교수 활동

맨체스터 대학교를 방문 중이던 캘리포니아 대학교 버클리 방사선 연구소의 소장 조엘 헨리 힐데브랜드(Joel Henry Hildebrand^영어)의 초청으로 캘빈은 1937년 캘리포니아 대학교 버클리의 강사로 합류했다. 그는 25년 이상 동안 버클리 출신이 아닌 인물로는 처음으로 화학과에 고용된 사례였다. 힐데브랜드는 캘빈에게 "지금이 적기"라며 방사성 탄소 연구를 추진하도록 권유했다. 캘빈의 버클리에서의 초기 연구는 마틴 케이먼(Martin Kamen^영어)과 샘 루벤(Sam Ruben^영어)이 1940년에 발견한 장수명 탄소-14 동위원소에 기반을 두었다. 1947년, 그는 화학 교수로 승진했으며 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory^영어, 당시 로렌스 방사선 연구소)의 생유기화학 그룹 책임자로 임명되었다. 1963년에는 분자생물학 교수의 직함이 추가되었다.

2.2. 연구실 설립 및 운영

캘빈은 "라운드하우스"(Roundhouse^영어)로 알려진 화학생물역학 연구소(Laboratory of Chemical Biodynamics^영어)를 설립하고 소장을 역임했으며, 동시에 버클리 방사선 연구소의 부소장으로도 활동하며 1980년 은퇴할 때까지 많은 연구를 수행했다. 원형으로 설계된 라운드하우스 연구실은 캘빈 연구실의 학생들과 방문 과학자들 간의 협업을 촉진하기 위해 만들어졌다. 캘빈은 다양한 분야에 정통하려는 끊임없는 호기심을 가지고 있었고, 학제 간 협업의 이점을 인식했다. 개방적인 과학적 논의는 그의 학생들의 일상생활의 큰 부분이었으며, 그는 다양한 사고와 지식을 한데 모을 수 있는 공동체 공간을 만들고자 했다. 이를 위해 그는 전 세계에서 박사 후 연구원과 초청 과학자들을 라운드하우스로 초빙했다. 캘빈은 라운드하우스 내에서 학생들이 자신의 잠재력을 진정으로 실현할 수 있다고 느끼는 공동체를 구축했다. 그의 관리 기술은 명성을 얻었으며, 오늘날 많은 창의적인 과학 연구 기관들이 그의 모델을 따르고 있다. 그는 "광합성 씨"(Mr. Photosynthesis^영어)로 알려졌지만, 그의 조직 및 관리 기술이 과학 공동체 전반에 걸쳐 어떻게 혁명을 일으켰는지를 설명하기에는 부족하다.

2.3. 광합성 연구 및 캘빈 회로

캘빈의 가장 중요한 업적은 광합성 과정에서 이산화 탄소가 유기 화합물로 전환되는 경로를 밝혀낸 것이다.

2.3.1. 캘빈 회로 발견

캘빈 회로의 발견은 샘 루벤과 마틴 케이먼이 탄소-14 동위원소에 대해 수행한 연구를 기반으로 시작되었다. 루벤이 실험실 사고로 사망하고 케이먼이 연방수사국(FBI^영어)과 미국 국무부(Department of State^영어)와의 보안 문제로 어려움을 겪으면서 그들의 연구는 중단되었다. 그럼에도 불구하고 방사선 연구소 소장 어니스트 로렌스(Ernest Lawrence^영어)는 그들의 연구 성과를 자랑스럽게 여겼고, 연구가 더 진전되기를 원하여 1945년 화학 및 화학 공학 학장 웬델 래티머(Wendell Latimer^영어)와 함께 캘빈을 영입했다.

연구실의 원래 초점은 의학 분야에서의 탄소-14 적용과 의료 연구를 위한 방사성 표지 아미노산 및 생물학적 대사 산물의 합성이었다. 캘빈은 전국 각지의 연구실에서 유능한 화학자들을 영입하여 연구실을 구축하기 시작했다. 그는 이전에 루벤과 케이먼과 함께 광합성과 탄소-14 연구를 수행했던 앤드루 벤슨을 영입하여 연구실의 해당 분야를 이끌게 했다.

당시 설탕 및 기타 환원된 탄소 화합물의 생산에 대한 지배적인 이론은 그것들이 "빛" 반응의 산물이라는 것이었다. 이 이론은 아직 반증되지 않았다. 벤슨은 암흑 이산화 탄소 고정 산물의 분리 및 방사성 숙신산의 결정화에 대한 이전 연구를 계속함으로써 조사를 시작했다. 이는 조류를 이산화 탄소 없이 빛에 노출시킨 다음, 즉시 이산화 탄소를 포함하는 암흑 플라스크로 옮겨도 방사성 자당이 순수한 빛에서 광합성이 수행될 때와 동일한 속도로 형성되는 것을 관찰함으로써 이산화 탄소의 비광화학적 환원이 일어난다는 결정적인 증거를 제공했다.

그러나 이제 이산화 탄소 고정의 첫 번째 산물을 결정해야 하는 문제가 있었다. 이를 위해 그들은 W.A. 스텝카(W.A. Stepka^영어)가 개척한 종이 크로마토그래피 기술을 활용하기 시작했다. 이를 통해 그들은 이산화 탄소 고정의 첫 번째 산물이 3탄소 인산글리세르산(PGA^영어)임을 밝혀냈다. 이는 루벤과 케이먼이 수년 전에 설명한 반응에 따라 포도당 발효의 오랜 알려진 산물이었다.

이 발견 이후, 캘빈의 경쟁 연구실인 시카고 대학교는 이 발견을 확인할 수 없었고, 따라서 캘빈의 문헌에 대한 강력한 공격을 가했다. 이는 미국 과학 진흥 협회가 어떤 연구실이 올바른지 결정하기 위한 심포지엄을 개최하는 계기가 되었다. 회의에서 저항에 부딪혔음에도 불구하고 캘빈과 벤슨은 청중을 자신들의 입장으로 설득할 수 있었고 공격은 기각되었다.

이 첫 번째 식별 이후, 해당 과정의 나머지 구성 요소 중 두 가지를 제외하고는 화학적 행동을 기반으로 식별할 수 있었다. 이 두 가지 미지의 구성 요소는 당이었다. 벤슨은 종이 크로마토그램에서 그들의 분리를 확인하고 반응성을 조사한 후, 그들이 케토스라는 것을 깨달았다. 제임스 A. 베스햄의 협력 덕분에 이 화합물들은 과요오드산 분해를 거칠 수 있었다. 한 당의 카보닐 탄소에서 14%의 활성이 확인되자 베스햄은 7탄소 당에 주목하게 되었다. 그러나 여러 번의 추가 테스트에도 불구하고 베스햄은 이 두 당의 정체를 밝혀낼 수 없었다.

추가 실험을 통해 이산화 탄소 흡수를 제한함으로써 리불로스 비스인산(ribulose bisphosphate^영어)의 수준을 높일 수 있음이 밝혀졌다. 이는 리불로스 비스인산이 이산화 탄소의 수용체 분자임을 시사했다. 비록 그 메커니즘이 즉시 명확하지는 않았지만, 캘빈은 나중에 새로운 카복실화 메커니즘이라고 불리는 것을 결정할 수 있었고, 이는 1958년에 일련의 연구를 완성하게 했다.

2.4. 기타 연구 분야

캘빈은 광합성 연구 외에도 다양한 학문 분야에 기여했다. 그는 활동적인 연구의 마지막 몇 년 동안 재생 가능 에너지원으로서 석유 생산 식물의 사용을 연구했다. 또한 생명의 화학 진화를 수년간 연구했으며, 1969년에 이 주제에 대한 책을 출판했다. 그의 연구는 유기 지구화학, 발암 화학 및 암 연구, 그리고 달의 돌 분석에 대한 연구도 포함한다.

3. 공직 및 자문 활동

캘빈은 평생 동안 다양한 공공 서비스와 과학 자문 역할을 수행했다.

3.1. 과학 자문 위원회 활동

그는 1963년부터 1966년까지 존 F. 케네디와 린든 B. 존슨 대통령 하의 대통령 과학 자문 위원회(President's Science Advisory Committee^영어) 위원으로 활동했으며, 미국 에너지부(Department of Energy^영어)의 최고 자문 기구인 에너지 연구 자문 위원회(Energy Research Advisory Board^영어)에서도 활동했다.

그가 공공 봉사자로서 기여한 주요 업적 중 하나는 미국 항공우주국(NASA^영어)과의 협력이었다. 그는 아폴로 계획 기간 동안 달을 지구의 생물학적 오염으로부터 보호하고 지구를 달의 오염으로부터 보호하기 위한 계획 수립을 도왔다. 또한 달 샘플을 가장 잘 가져오는 방법과 다른 행성에서 생명체를 찾는 전략을 수립하는 데도 기여했다.

그는 또한 국제 순수 및 응용 화학 연합(International Union of Pure and Applied Chemistry^영어)의 응용 방사능 공동 위원회, 국제 생화학 연합(International Union of Biochemistry^영어)의 미국 위원회, 국제 순수 및 응용 생물 물리학 기구(International Organization for Pure and Applied Biophysics^영어)의 분자 생물 물리학 위원회를 포함한 많은 국제 위원회 및 국제 기구에서 봉사했다.

3.2. 학술 단체 리더십

캘빈은 미국 화학회(American Chemical Society^영어), 미국 식물 생리학회(American Society of Plant Physiology^영어), 미국 과학 진흥 협회(American Association for the Advancement of Science^영어) 태평양 지부의 회장을 역임했다. 이와 함께 미국 국립과학원(National Academy of Sciences^영어)의 과학 및 공공 정책 위원회 위원장을 맡기도 했다. 그는 또한 왕립학회(Royal Society^영어), 일본학사원(日本学士院^일본어), 네덜란드 왕립 예술 과학 아카데미(Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences^{네덜란드어})의 회원으로 선출되었다.

4. 논란

캘빈의 연구 활동 및 인물 평가와 관련하여 일부 비판적 시각과 논쟁이 존재한다.

4.1. 앤드루 벤슨과의 관계

옥스퍼드 대학교 식물원장 티머시 워커(Timothy Walker^영어)는 2011년 BBC의 식물학 역사 프로그램에서 캘빈이 앤드루 벤슨을 해고한 후 벤슨의 연구에 대한 공로를 가로챘다고 비판했다. 워커는 캘빈이 수십 년 후 자서전을 쓸 때 벤슨의 역할을 언급하지 않았다고 주장했다. 벤슨 자신도 캘빈에게 해고당했다고 언급했으며, 자신의 자서전에 언급되지 않은 것에 대해 불평했다.

5. 개인 생활

멜빈 캘빈의 사생활과 가족 관계에 대한 정보는 다음과 같다.

5.1. 결혼 및 가족

멜빈 캘빈은 1942년 마리 제네비에브 제임테가드(Marie Genevieve Jemtegaard^영어)와 결혼했다. 그들은 엘린(Elin^영어), 소위(Sowie^영어), 캐롤(Karole^영어)이라는 세 딸과 노엘(Noel^영어)이라는 아들 한 명을 두었다.

6. 영예 및 유산

캘빈은 그의 학문적 업적으로 수많은 상과 영예를 받았다.

6.1. 주요 수상 및 영예

멜빈 캘빈은 식물의 이산화 탄소 동화 작용 연구에 대한 공로로 1961년 노벨 화학상을 수상했다. 그는 또한 다음과 같은 주요 상과 영예를 받았다.

1954년: 미국 국립과학원 회원 선출
1955년: 센테너리상(Centenary Prize^영어) 수상
1957년: 렘센상(Remsen Award^영어) 수상
1958년: 네덜란드 왕립 예술 과학 아카데미 외국인 회원 선출
1958년: 미국 예술 과학 아카데미(American Academy of Arts and Sciences^영어) 회원 선출
1959년: 독일 레오폴디나 과학 아카데미(German Academy of Sciences Leopoldina^독일어) 회원 선출
1960년: 미국 철학회(American Philosophical Society^영어) 회원 선출
1964년: 왕립학회의 데이비 메달(Davy Medal^영어) 수상
1965년: 왕립학회의 베이커리언 메달(Bakerian Medal^영어) 수상
1971년: 휘티어 칼리지(Whittier College^영어)에서 명예 법학 박사 학위(LL.D.) 수여
1977년: 미국 화학회의 윌러드 깁스상(Willard Gibbs Award^영어) 수상
1978년: 미국 화학회의 프리스틀리 메달(Priestley Medal^영어) 수상
1979년: 미국 화학자 협회의 골드 메달 수상
1989년: 미국 국립 과학상(National Medal of Science^영어) 수상

그는 이 외에도 13개의 명예 학위를 받았다.

《탄소 화합물의 광합성》(The Photosynthesis of Carbon Compounds^영어, 1962년)
《화학 진화: 지구와 다른 곳에서 생명 시스템의 기원을 향한 분자 진화》(Chemical Evolution: Molecular Evolution Towards the Origin of Living Systems on the Earth and Elsewhere^영어, 1969년)

8. 사망

멜빈 캘빈은 1980년에 은퇴한 후 1997년 1월 8일 85세의 나이로 심장 마비로 사망했다.