Bắt đầu từ những năm 1960, khi sức mạnh của máy tính chỉ bằng một phần nhỏ của điện thoại thông minh ngày nay, tiến sĩ Karplus và người đồng nghiệp cùng đoạt Giải Nobel Hóa học với ông - Michael Levitt và Arieh Warshel - bắt đầu xây dựng các mô hình phân tử ảo để hiểu chuyện gì xảy ra với chúng trong các phản ứng phức tạp như quang hợp và đốt cháy.
Mô hình sử dụng vật lý cổ điển của Newton để dự đoán cách vô số nguyên tử và phân tử chuyển động trong các phản ứng; và sử dụng vật lý lượng tử để mô tả các liên kết hóa học bị phá vỡ, hình thành thế nào trong những phản ứng đó. Kiểu phân tích này vô cùng hữu ích trong việc hiểu các phản ứng sinh học có enzyme tham gia – những protein chi phối các phản ứng hóa học trong sinh vật sống.
Tại Đại học Harvard, nơi tiến sĩ Karplus công tác trong phần lớn sự nghiệp, ông cùng nhóm nghiên cứu vào năm 1983 tạo ra một chương trình mô phỏng phản ứng phân tử. Chương trình này được gọi là Hóa học tại Cơ học phân tử Harvard (CHARMM). Các nhà khoa học trên toàn thế giới đều có thể tiếp cận chương trình này.
Ban đầu, nhiều nhà khoa học phản đối công trình này bởi vì họ khó mà chấp nhận được ý tưởng các mô hình máy tính có thể đủ chính xác hoặc có thể giải thích đầy đủ cho nhiều biến số trong một số phản ứng. Nhưng khi Giải Nobel được trao vào năm 2013, sự hoài nghi đã biến mất.
 |
Tiến sĩ Karplus (trái) nhận Giải Nobel Hóa học năm 2013 từ Vua Thụy Điển Carl XVI Gustaf. Ảnh: Onathan Nackstrand/Agence France-Presse - Getty Images |
Martin Karplus sinh ra ở Vienna (Áo) vào ngày 15/3/1930, trong một gia đình Do Thái trí thức khá giả. Ông nội của Martin, Johann Paul Karplus, là nhà thần kinh học đã khám phá ra các chức năng của vùng dưới đồi – khu vực quan trọng trong não kiểm soát nhiệt độ cơ thể, cơn đói, nhịp tim và nhiều hoạt động thiết yếu khác. Người chú Eduard Karplus là kỹ sư và nhà phát minh. Anh trai Martin là Robert là nhà vật lý lý thuyết tại Đại học California, Berkeley.
Trước làn sóng bài Do Thái gia tăng vào những năm 1930 và vài ngày sau khi Đức Quốc xã sáp nhập Áo vào tháng 3/1938, Martin cùng anh trai và mẹ đã chạy trốn tới Zurich rồi đến Pháp, cuối cùng đến Le Havre. Cha ông ban đầu bị giam giữ tại Vienna, song may mắn thay, ông được đoàn tụ với gia đình trước khi họ lên đường tới New York. Họ đến nơi vào ngày 8/10/1938 và ngay sau đó chuyển tới thành phố Newton, Massachusetts.
Theo bước chân anh trai đi học tại Trường Trung học Phổ thông Newton, Martin phát hiện anh Robert đã đạt được nhiều thành tựu xuất sắc tới mức điều đó đã trở thành cái bóng phủ lên quãng đời cấp 3 của mình. Nhiều giáo viên luôn hoài nghi năng lực của Martin. Một giáo viên kiêm phụ trách cuộc thi Khoa học Westinghouse – cuộc thi tìm kiếm tài năng hàng đầu của quốc gia trong lĩnh vực khoa học – đã nói thẳng với ông rằng việc tham gia chỉ lãng phí thời gian.
Nhưng Martin không từ bỏ mà tìm một giáo viên khác sẵn sàng giám thị ông làm bài kiểm tra cho cuộc thi. Kết quả gây bất ngờ cho nhiều người khi ông đủ điều kiện trở thành một trong 40 người vào vòng chung kết trên cả nước. Dự án của Martin là về alcid, một loại chim biển, đã đồng chiến thắng cuộc thi. Sau đó, ông được gặp Tổng thống Harry S. Truman tại Washington.
Sau khi vào Đại học Harvard, ông tập trung vào lĩnh vực hóa học và vật lý. Ông lấy được bằng cử nhân vào năm 1950 và đều nhận được lời mời từ cả Đại học Berkeley và Viện Công nghệ California (Caltech). Băn khoăn không biết nên lựa chọn thế nào, Martin tới thăm anh trai Robert, lúc đó đang công tác tại Viện Nghiên cứu Nâng cao ở Princeton. Robert dẫn em trai đi tham quan và giới thiệu ông với Albert Einstein và J. Robert Oppenheimer – người lãnh đạo Dự án Manhattan phát triển bom nguyên tử và trở thành giám đốc của viện. Tiến sĩ Oppenheimer đã đề nghị Martin chọn Caltech, nơi ông từng là giáo sư và coi nơi đây là "ánh sáng rực rỡ trong biển đen tối". Martin đã có lựa chọn của mình.
Ở Caltech, ông tập trung vào vật lý sinh học, tham gia vào nhóm nghiên cứu sinh do Max Delbrück đứng đầu – người cùng với Salvador E. Luria đã chứng minh thuyết tiến hóa của Darwin cũng phù hợp với vi khuẩn. Hai người này cùng với Alfred D. Hersey đã được trao Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y khoa năm 1969 cho công trình của họ.
Một bước ngoặt cuộc đời đến với Karplus hai tháng sau khi ông tới Caltech. Tiến sĩ Delbrück đề nghị ông trình bày một hội thảo về lĩnh vực nghiên cứu dự định: cách thị giác hoạt động. Song, 10 phút sau khi Karplus bắt đầu thuyết trình, tiến sĩ Delbrück liên tục ngắt lời và nói rằng ông ta không hiểu gì, buộc Karplus phải bắt đầu lại. Tới lần thứ ba chuyện này diễn ra thì tiến sĩ Richard Feynman, người đoạt Giải Nobel Vật lý năm 1965, đang ngồi trong khán phòng lúc đó quay lại và nói với tiến sĩ Delbrück: "Tôi có thể hiểu được đấy, Mark. Phần trình bày rất rõ ràng với tôi". Tiến sĩ Delbrück đỏ bừng mặt và bỏ đi. Ngay trong hôm đó, ông gọi Karplus vào văn phòng và nói không thể làm việc với ông nữa. Thế là Karplus chuyển ngành sang hóa học.
Trong khoa hóa học, ban đầu Karplus làm việc với giáo sư John Kirkwood nhưng người này sau đó chuyển sang Đại học Yale. Nhóm nghiên cứu sinh do ông dẫn dắt có cơ hội chuyển sang làm việc với Linus Pauling, nhưng chỉ Karplus được nhận.
Tiến sĩ Pauling là một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất thế kỷ 20. Ông là một trong năm người duy nhất nhận được hai Giải Nobel: Nobel Hóa học năm 1954 vì xác định cách các nguyên tử liên kết hóa học trong các phân tử; và Giải Nobel Hòa bình năm 1962 vì thúc đẩy giải trừ vũ khí hạt nhân. Công trình của ông dẫn đến việc thành lập ngành hóa học lượng tử và sinh học phân tử.
Dưới sự dìu dắt của người thầy xuất chúng, Karplus hoàn thành luận án tiến sĩ vào cuối năm 1953 và nhận được học bổng sau tiến sĩ của Quỹ Khoa học Quốc gia. Ông dành hai năm tại Đại học Oxford.
Năm 1955, ông tới công tác tại Đại học Illinois, lúc đó đang thực hiện công trình nghiên cứu tiên tiến về quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Trong năm năm tại đây, ông đã xây dựng phương trình Karplus. Phương trình này cho phép tính toán độ lớn và hướng của các proton trong các hợp chất hữu cơ tham gia vào phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Nhờ nó, các nhà khoa học có thể nghiên cứu sự sắp xếp của các nguyên tử trong phân tử. Hiện nay, phương trình Karplus là một phần cơ bản của giáo dục hóa học.
Năm 1960, Karplus tới nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Khoa học Watson IBM và giảng dạy tại Đại học Columbia. Được tiếp cận với sức mạnh máy tính hiện đại, ông tiếp tục nghiên cứu về NMR và cũng bắt đầu tìm tòi cách tạo ra các mô hình giải thích được phản ứng hóa học.
Năm 1966, Karplus quay lại Harvard. Tại đây, ông bắt đầu tập trung vào các phản ứng sinh học – đây là những phản ứng phức tạp nhất. Công trình này dẫn tới việc xây dựng CHARMM và Giải Nobel.
Nguồn:
nytimes.com
Bài đăng KH&PT số 1331 (số 7/2025)
Anh Thơ dịch