En
el contexto de este capítulo Vd será invitado
también a visitar estos apartados...
Tal como se ha mencionado en la introducción, la
Cristalografía ha sido, y es, es una de las
disciplinas científicas más decisivas para el
avance de la
Química y cuya influencia es indudable para el
impulso de la Biología, de la Bioquímica y
de la Biomedicina. Aunque en muchos de los capítulos de
estos
apuntes se hace referencia a algunos de los grandes personajes
responsables del desarrollo de esta disciplina, nos ha
parecido relevante presentar, cronológicamente, unas breves
reseñas
biográficas, sobre los ya citados, y otros
más...
Como
complemento previo de las reseñas biográficas que
se presentan en este capítulo, el lector puede
consultar también las notas, que sobre el desarrollo de los
primeros
pilares de la Cristalografía, se ofrecen en el apartado
que encontrará a través de este enlace.
La
introducción a los personajes objeto de este
capítulo se ha distribuído en conjuntos
cronológicos, designados
con calificativos
musicales que, con el mayor
respeto, creemos adecuados para la relevancia del momento, al menos
desde la perspectiva histórica.
1901
"Preludio", por Wilhelm
Conrad Röntgen
Wilhelm
Conrad Röntgen (1845-1923). Nada de esto
habría sido posible sin la aportación de Wilhelm
Conrad Röntgen,
primer laureado
Nobel de Física (1901), por su descubrimiento de los rayos
X.
Aunque desde el punto de vista biográfico internet
contiene múltiples y variadas referencias,
relacionadas con este personaje, recomendamos también
visitar
la página
preparada por José L. Fresquet, (en
español). En las líneas siguientes resumimos los
detalles más relevantes y añadimos algunos otros.
Röntgen nació en la pequeña ciudad de
Lennep de la provincia del Bajo Rin (Alemania) como hijo
único del matrimonio entre un
comerciante de tejidos y de Charlotte Constanze Frowein, descendiente
de una conocida familia residente en dicha ciudad, aunque de origen
holandés. Con
la edad de 3 años su familia se trasladó
a Holanda en donde, desde los 16 a los 20
años,
Wilhelm estudió en la Escuela Técnica de Utrech,
edad a
la que se trasladó a
Zurich en donde comenzó, y concluyó, la
licenciatura de
Ingeniería Mecánica.
Tras
algunos años en Zurich como asistente del profesor de
Física August Kundt, en 1872 (con 27 años) se
trasladó con éste a la Universidad de
Würzburg, pero al no poder obtener ningún puesto
(por no haber aprobado en su momento los exámenes de
latín y griego)
acabó en Estrasburgo, en donde finalmente obtuvo una plaza
de
profesor (1874). Cinco años más tarde
aceptó un puesto de profesor en la Universidad de Giessen
y
finalmente, con aproximadamente 45 años, obtuvo una
cátedra de Física en Würzburg, en
donde llegó a ser Rector.
Su descubrimiento
vió la luz
a sus 50 años (noviembre de 1895), tras algunos experimentos
con los
rayos catódicos y gracias a la circunstancia, casi fortuita,
de que una
lámina de cartón (impregnada en cianuro de
Pt-Ba) mostrara una
fluorescencia totalmente inesperada.
Un mes
tardó
Röntgen en comprender
el alcance esa nueva radiación, preparando inmediatamente
una comunicación
científica para la Sociedad
de Física y Medicina
en Würzburg... En
concreto, las primeras frases de su comunicado oficial (escrito en un
florido alemán) dicen así:
Lässt
man durch eine Hittorf’sche Vacuumröhre, oder einen
genügend evacuirten
Lenard’schen, Crookes’schen oder ähnlichen
Apparat die Entladungen
eines grösseren Ruhmkorff’s gehen und bedeckt die
Röhre mit einem
ziemlich eng anliegenden Mantel aus dünnem, schwarzem Carton,
so sieht
man in dem vollständig verdunkelten Zimmer einen in die
Nähe des
Apparates gebrachten, mit Bariumplatincyanür angestrichenen
Papierschirm bei jeder Entladung hell aufleuchten, fluoresciren,
gleichgültig ob die angestrichene oder die andere Seite des
Schirmes
dem Entladungsapparat zugewendet ist. Die Fluorescenz ist noch in 2 m
Entfernung vom Apparat bemerkbar.
Man überzeugt sich leicht, dass die Ursache der Fluorescenz
vom
Entladungsapparat und von keiner anderen Stelle der Leitung ausgeht.
Cuando se deja pasar la descarga de una bobina
de Ruhmkorff a
través de un tubo de vacío Hittorf
o de un Lenard
suficientemente evacuado, Crooks
o cualquier otro tubo parecido,
cubierto con una camisa ceñida de cartón negro y
fino, y
en la habitación totalmente a oscuras se deja una placa de
papel
previamente recubierta de una capa de cianuro de bario y platino,
ésta se ilumina cada vez que se produce una descarga,
independientemente de que la superficie recubierta esté
apuntando o no hacia el tubo. Dicha fluorescencia se produce hasta 2
metros de distancia del aparato. Es fácil convencerse de que
la fluorescencia proviene del aparato de descarga eléctrica
y
no de cualquier otra parte de la línea.
El descubrimiento
consiguió un inmediato revuelo popular, basándose
en la
naturaleza desconocida de esa "increíble luz"... Sin
embargo, casi con la
misma
velocidad, su pública celebridad pasó
por momentos de mínimos ("sus altos vuelos se detienen"),
llegando a ser casi
tachado de mentiroso... Fue a principios
de 1896 cuando
Röntgen comenzó a salir definitivamente de su
situación incómoda, gracias a su
decisivo envío, a la revista británica British Medical Journal,
de una radiografía con un brazo fracturado, lo cual daba
idea de
la capacidad diagnóstica de su descubrimiento. Sin embargo,
debieron pasar bastantes años hasta que su
"increíble luz" fuera reconocida como de interés
médico, e incluso le reportara el máximo
galardón del primer Premio
Nobel de Física de 1901.
Wilhelm Conrad
Röntgen murió en Munich, en febrero
de 1923, aquejado de un cáncer intestinal...
1914
"Obertura", por Max von
Laue, con acompañamiento de Paul P. Ewald
Max
von Laue
(1879-1960). Si
el descubrimiento de
Röntgen
fue importante para el desarrollo de la Cristalografía, el
segundo salto cualitativo fue debido a otro alemán, Max von
Laue,
Premio Nobel de Física de 1914, quien, al querer demostrar
la
naturaleza ondulatoria de los rayos X, descubrió el
fenómeno de la difracción de rayos X por los
cristales. Una buena descripción
biográfica puede encontrase a través de este
enlace.
Max
von Laue, nació
en un pequeño pueblo de Koblenz como hijo de Julius von
Laue, un
oficial de la administración militar alemana, al que le fue
otorgado el rango nobiliario en 1913. Debido a la profesión
paterna, el joven Max pasó su juventud entre varias
ciudades
alemanas, Brandenburg, Altona, Possen, Berlín y Estrasburgo.
Tras su servicio militar, que comenzó en
1898, estudió Matemáticas,
Física y
Química en la Universidad de esta última ciudad,
pero
pronto se trasladó a la Universidad
de Göttingen y
en 1902
a la Universidad de
Berlín, en donde comenzó a
trabajar
con Max
Planck. Un año más tarde, tras obtener
su
grado
de doctor, volvió a Göttingen, pero ya en 1905
regresó a Berlín como asistente de Planck,
quien, a su vez, llegaría a obtener el Premio
Nobel de Física en 1918, es decir cuatro
años más tarde que von Laue. Entre 1909 y 1919 pasó por
las Universidades de Munich, Zurich, Frankfurt y Würzburg,
regresando
finalmente a Berlín en donde obtuvo una plaza de profesor.
Paul
Peter Ewald (1888-1985).
Fue
durante esta
última época, en concreto en 1912, cuando Laue
conoció en Munich a Paul Peter Ewald, quien
entonces estaba acabando su
Tesis Doctoral con Arnold
Sommerfeld (1868-1951)
y quien interesó a Laue por sus experimentos sobre
interferencias entre radiaciones de gran longitud de onda
(prácticamente luz visible) sobre un "modelo cristalino"
basado
en resonadores y cuando, además, todavía estaba
en
discusión la naturaleza corpuscular u ondulatoria de las
radiaciones.
Esta idea de Ewald es la que, finalmente, llevó a Laue a
imaginar qué pasaría si en lugar de tales grandes
longitudes de onda se usaran otras de mucha menor longitud, y
directamente sobre los cristales quienes, en teoría,
deberían comportarse como redes de interferencia muy
pequeñas. Una magnífica descripción
histórica de estos hechos y de los correspondientes
experimentos
llevados a cabo por Walter Friedrich y Paul Knipping, bajo la
dirección de Max von Laue, puede encontrarse en un
artículo de Michael Eckert.
El artículo original de aquel experimento, firmado por
Friedrich, W., Knipping, P. y Laue, M., se publicó con la
referencia: Sitzungsberichte der Kgl.
Bayer. Akad. der Wiss. (1912) 303–322, aunque
posteriormente fue recogido por la revista Annalen
der Physik (1913) 346, 971-988. Resulta sorprendente la
rapidez con la que Ewald desarrolló
la
interpretación de los experimentos de Max von Laue, que se
pueden consultar a través de este
enlace en su artículo original publicado en 1913.
En reconocimiento del papel fundamental que jugó este
científico en el desarrollo de los primeros pasos de la
Cristalografía, el Premio
y Medalla que otorga trianualmente la Unión Internacional de
Cristalografía a las contribuciones más
relevantes a esta
ciencia, llevan el nombre de Paul Peter Ewald.
Y así fue como, al
hacer incidir un haz de rayos
X sobre un cristal de sulfato de cobre, primero, y posteriormente sobre
algunos
otros del mineral Blenda (imágenes de abajo), Laue obtuvo la
confirmación de la naturaleza electromagnética de
esa extraña
radiación que Röntgen había descubierto
años atrás, al mismo tiempo que
despertó toda una
serie de expectativas inmediatas sobre la naturaleza de los cristales.
Por este
descubrimiento, y por su interpretación,
Max von Laue recibió el Premio
Nobel de Física de 1914.
Izquierda: Primer
diagrama de difracción
que obtuvieron Laue y sus colaboradores, usando un cristal de sulfato
de cobre
Derecha: Uno de
los primeros diagramas de
difracción que obtuvieron Laue y sus colaboradores, usando
un cristal del mineral Blenda
Tras la II Guerra Mundial, Laue
fue transportado a Inglaterra con otros
varios científicos alemanes y allí
permaneció contribuyendo a la Unión
Internacional de Cristalografía, hasta que, en 1946
regresó a Alemania como director del Instituto Max
Planck y profesor de la Universidad
de Göttingen. Se retiró en 1958,
siendo director del Instituto
de Química-Física Fritz Haber en
Berlin, cargo para el que había sido elegido en 1951. Laue murió a
los 80 años (abril de 1960) tras pocos
días de sufrir un atropello por un motorista, quien dos
días antes había obtenido su permiso de
conducción.
1915
"Allegro, ma non
troppo", por
los Bragg (padre e hijo)
En
esta ocasión no pasó lo mismo que con
el descubrimiento de Röntgen. No
hubo que esperar mucho tiempo, ya que el hallazgo de Max von Laue
no pasó desapercibido, al menos para los
británicos William
Henry Bragg (1862-1942)
y su hijo William
Lawrence Bragg (1890-1971), quienes
en 1915 compartieron el Premio Nobel de Física al
demostrar la utilidad del fenómeno que había
descubierto von
Laue, para obtener la
estructura interna de los
cristales. Padre
e hijo demostraron que la difracción de los rayos X a
través de los cristales puede ser descrita como una
reflexión especular producida por un conjunto de planos
paralelos del retículo cristalino, de tal modo que se
obtiene un haz difractado cuando se cumple que:
2.d.sin
θ = n.λ
en donde d es la distancia
entre los planos, θ es el ángulo de incidencia de
los rayos X, n
es un número entero y λ
es la longitud de onda de los rayos X. A través de esta
aproximación tan simple se pudo comenzar a resolver la
estructura interna de los cristales.
William H.
Bragg estudió Matemáticas en el Trinity
College de Cambridge y posteriormente Física en
el Laboratorio
Cavendish, hasta que a finales de 1885 fue nombrado
profesor en la Universidad
de
Adelaida (Australia), en donde nació su hijo
William Lawrence Bragg. William Henry Bragg ocupó
sucesivamente la cátedra de Física "Cavendish" en
la Universidad de Leeds (1909-1915),
y otra en el University
College de Londres (1915-1925), así como el
cargo de Profesor de Química en la Royal Institution.
Su hijo,
William Lawrence Bragg, estudió también
Matemáticas, en la Universidad de Adelaida, hasta que en
1909 la familia
regresó a Inglaterra y entró como becario en el Trinity College de
Cambridge. En otoño de 1912, el mismo
año en que Max
von Laue hizo público su
experimento, el joven W. Lawrence Bragg comenzó a
examinar el fenómeno que ocurría al
interponer un
cristal frente a los rayos X, presentando sus primeros
resultados (The diffraction
of short electromagnetic waves by a crystal) en la sede de la
Philosophical
Society de Cambridge, en su reunión del 11 de
noviembre de 1912.
En 1914 W. Lawrence Bragg fue
nombrado profesor de Ciencias Naturales en el mismo Trinity College, y
ya en el mismo año se le concedió la
honorífica Medalla
Barnard. Los dos años
(1912-1914) en los que estuvo trabajando con su padre en los
experimentos de refracción y difracción por los
cristales dieron lugar a la famosa conferencia de W.H. Bragg (Bakerian Lecture: X-Rays
and Crystal Structure) y al famoso artículo X-rays
and Crystal Structure,
también publicado en 1915, y con el que su padre, y
él mismo (¡con 25 años!)
compartieron el Premio Nobel de Física. Padre e hijo pudieron explicar el
fenómeno de la difracción de los rayos X por los
cristales mediante determinados planos cristalográficos que
se comportan
como espejos especiales frente a los rayos X (Ley
de Bragg),
y demostraron que los cristales de sustancias tales como el Cloruro
Sódico (NaCl, o sal común) no contienen
moléculas de NaCl, sino simplemente iones de ambos elementos
regularmente ordenados, lo cual revolucionó la
Química Teórica, y provocó el
nacimiento de una nueva ciencia: la Cristalografía de rayos
X.
Desgraciadamente, a
finales de la Primera Guerra Mundial, padre e hijo
se
distanciaron y dieron
por finalizado su trabajo conjunto, de tal modo que W.
Lawrence centró sus estudios en cristales de
compuestos
inorgánicos,
mientras que W. Henry (el padre) lo hizo en
compuestos orgánicos.
En
1919 W. Lawrence Bragg aceptó un puesto de profesor de
Física en la Universidad
Victoria de Manchester, lugar en donde se casó
y permaneció hasta 1937. Allí
publicó en 1929 un excelente artículo sobre el
uso de las
series de Fourier en la determinación de las estructuras
cristalinas, The Determination of
Parameters in Crystal Structures by means of Fourier Series.
En
1941 padre e hijo fueron
nombrados Caballeros
(Sir) y un
año mas tarde (1942) falleció W. Henry Bragg.
En años posteriores W. Lawrence se
interesó
por la estructura de los silicatos, los metales y en especial por la
química de las proteínas, ocupando el puesto de
Director del Laboratorio
Nacional de Física en Teddington y profesor de
Física Experimental en el Laboratorio Cavendish
(Cambridge), hasta que, en 1954, fue nombrado Director de la Royal Institution
en Londres, estableciendo su propio grupo de
investigación con
el objeto de comenzar a estudiar la estructura de las
proteínas mediante el uso de los rayos X. William
Lawrence Bragg falleció en 1971, a la edad de 81
años, y con motivo de su
muerte la Unión Internacional de Cristalografía
publicó este obituario.
En 2012 se celebró el centenario de los primeros
experimentos llevados a cabo en la Universidad Ludwig Maximilian de
Munich
(Alemania) por Paul Knipping y Walter Friedrich bajo la
supervisión de Max von Laue, y especialmente sobre las
intervenciones de los Bragg. El
lector interesado puede deleitarse con los capítulos de
recordatorio que
publicó la Unión Internacional de
Cristalografía y que encontrará
a través de los enlaces de más abajo.
1934-1935
"Allegro molto", por
Arthur Lindo Patterson, y David Harker como solista
Arthur
Lindo
Patterson (1902-1966). Inexplicablemente,
el nombre de este gran científico está
pasando a la historia,
al menos
desde la
última década del siglo XX, casi como un
desconocido, desvaneciéndose lentamente, y mucho nos tememos
que su nombre quede exclusivamente
asociado a un apartado de algún programa de
cálculo cristalográfico. Sin embargo, tal como
comentábamos en otro capítulo,
la
aportación a la Cristalografía de Patterson puede
considerarse, sin exageración, como el desarrollo
singular más importante, tras el propio
descubrimiento de los rayos X por
Röntgen en 1895.
Arthur Lindo Patherson nació a principios del siglo XX en
Nueva
Zelanda, pero muy pronto su familia emigró a
Canadá, en
donde pasó su juventud. Por alguna razón que
desconocemos, fue a la escuela en Inglaterra para luego regresar a
Montreal (Canadá) y estudiar Física en la Universidad McGuill,
obteniendo el grado de licenciado con un trabajo sobre la
producción de rayos X "duros" (con
pequeñas
longitudes de onda) usando la interacción de la
radiación
β del Radio con los sólidos. Su primer contacto con
los experimentos de difracción de
rayos X
ocurrió durante una estancia de dos años que
realizó en el laboratorio de W.H.
Bragg en la Royal Institution de
Londres. Allí fue consciente de que, si bien en las
estructuras cristalinas simples la ubicación de los
átomos en la celdilla era un problema relativamente
sencillo, la situación era prácticamente
inabordable en el caso de compuestos moleculares, o en general
más complejos.
Tras su estancia en
el laboratorio de W.H.
Bragg, Patterson pasó un año
muy productivo en
el Instituto
Kaiser-Wilhelm
de Berlín, bajo
la dirección de Hermann
Mark, con una beca del National
Research Council
de Canadá. Con su trabajo contribuyó
decisivamente a la
determinación del tamaño de partícula
usando la
difracción de rayos X, y comenzó a interesarse
por las
transformadas de Fourier, algo que más tarde le
obsesionaría en relación con la
resolución de
estructuras cristalinas.
En 1927 Patterson regresó a Canadá y un
año más tarde concluyó su Tesis
Doctoral en la Universidad
McGuill. Tras dos años con R.W.G. Wyckoff en el
Instituto
Rockefeller
de Nueva York, aceptó un puesto en la Johnson Foundation for Medical
Physics
en Philadelphia con el objeto de introducirse en la
difracción
aplicada a materiales biológicos. En 1931 publicó
dos excelentes artículos sobre las series de Fourier como
herramienta para interpretar los datos de la
difracción: Methods
in Crystal Analysis: I. Fourier Series and the Interpretation of X-ray
Data y Methods
in Crystal Analysis: II. The Enhancement Principle and the Fourier
Series of Certain Types of Function.
En 1933 se
trasladó al MIT
(Massachussets Institute
of Technology) en donde, a través de su amistad
con el matemático Norbert
Wiener, profundizó sobre la teoría de
Fourier y
especialmente
sobre las propiedades de la transformada de Fourier y su
convolución. Y así fue como, en 1934, a
través de un artículo titulado A Fourier
Series Method for the Determination of the Components of Interatomic
Distances in Crystals, nació su
brillante fórmula, la función de Patterson,
que elegantemente abría grandísimas
expectativas
para la
resolución de las estructuras cristalinas. Sin embargo,
debido a
la precariedad tecnológica del momento para poder abordar
sumas
como las implicadas en su función, hubo que esperar algunos
años hasta que su descubrimiento pudiera hacerse efectivo
para resolver, indirectamente, el problema de las fases.
Arthur Lindo Patterson falleció súbitamente, a
causa de una hemorragia cerebral, en noviembre de 1966.
David
Harker (1906-1991). Al margen de la dificultad
práctica que suponía el cálculo de la
función aportada
por Patterson, ya se
vislumbraban las dificultades que reportaría la
interpretación de dicha función para el
caso de estructuras complejas. Al menos así era, hasta que,
en 1935, David Harker, un
"aprendiz de
cristalógrafo", se diera
cuenta de una circunstancia especial que facilitaba
significativamente
la interpretación de la función, y de la que
Patterson no
había sido consciente.
David Harker nació en
California, graduándose en 1928 como
químico en Berkeley. En 1930 aceptó un trabajo
como técnico de laboratorio en uno de los
laboratorios de la empresa Atmospheric Nitrogen Corp.
en el estado de Nueva York, y en donde, a través de la
lectura de artículos relacionados con estructuras,
nació
su interés por la Cristalografía. Por culpa de la
gran depresión económica, en 1933
perdió su trabajo y regresó a California.
Utilizando algunos ahorros pudo entrar en el Instituto de
Tecnología de California y, bajo la
supervisión de Linus
Pauling,
comenzó a practicar en la
resolución de algunas estructuras simples.
Durante una de las
charlas semanales del
laboratorio de Pauling
se presentó la
función que
recientemente había introducido Patterson y allí fue en donde Harker
fue consciente de la dificultad que supondría
abordar el cálculo (y especialmente
la interpretación) de una
función de este tipo en estructuras con un gran
número de átomos. Según
contó él mismo, algunas noches después
de la charla
mencionada, se despertó súbitamente durante la
noche y exclamó ¡tiene
que funcionar!. En
efecto, Harker hizo patente el
hecho de que la función de
Patterson contiene
acumulaciones
de máximos, en determinadas zonas del mapa, que son
consecuencia de los
vectores entre átomos relacionados entre sí por
elementos de simetría, y por lo tanto cualquier vestigio de
vector interatómico (entre parejas de
átomos
relacionados por la simetría del Grupo Espacial)
habría que buscarla en dichas zonas, y no en todo
el
espacio de la celdilla del espacio de Patterson, lo cual simplificaba
cualitativamente la interpretación.
Desde 1936 hasta 1941 Harker
obtuvo un puesto de profesor de
química-física en la Universidad Johns
Hopkins, en donde aprendió
Cristalografía clásica y Mineralogía.
Durante los restantes años de la década de 1940
obtuvo un puesto de investigador en la Compañía
General Electric y desde allí, junto con su
colaborador John S. Kasper hizo
otra de sus espléndidas
contribuciones a la Cristalografía, las
desigualdades
de Harker-Kasper,
la primera contribución a los denominados métodos
directos para la
resolución del problema
de las fases.
En la década de 1950,
Harker aceptó el
ofrecimiento de
Irwin Langmuir para incorporarse al Brooklyn Polytechnic
Institute para dedicarse a la resolución
de la
estructura de la
ribonucleasa, lo que permitió plantear
la
metodología
que años más
tarde
(1962) sería usada por Max
Perutz y John
Kendrew en la
resolución de la estructura de la hemoglobina. En 1959
Harker trasladó su equipo y proyecto de la ribonucleasa al Roswell Park Cancer Institute
y concluyó la estructura en 1967. En 1976 se
retiró oficialmente, pero permaneció de
algún modo activo en la Medical
Foundation of Buffalo,
hoy Hauptman-Woodward
Institute, hasta su fallecimiento, en
1991, a causa de una neumonía. Existe un
enternecedor recordatorio
sobre David Harker,
escrito por William Duax.
1940-1960
"Andante", con
partitura de John D.
Bernal
John
Desmond Bernal (1901-1971). Tras los hallazgos y desarrollos de
Arthur
Lindo Patterson y David Harker, se disparó el
interés por la estructura de las moléculas,
especialmente las relacionadas con la vida: las proteínas.
Y en este movimiento tuvo mucho que ver un
irlandés afincado en Inglaterra, John Desmond Bernal,
quién sin lugar a dudas hizo de
centro de atracción para un conjunto de
personajes decisivos para el desarrollo ulterior de la
Cristalografía.
La familia Bernal, de origen judío sefardí,
llegó
desde España a Irlanda en 1840 y se convirtió al
catolicismo, ambiente en el que creció John D. Bernal,
aunque lentamente fue alejándose de la religión y
en su madurez se manifestó como ateo. La
revolución rusa de 1917 influyó mucho en Bernal,
que llegó a ser un activísimo miembro del Partido
Comunista británico.
Bernal se graduó en 1919 en Mineralogía y
Matemáticas (aplicadas a la simetría) en la Universidad de Cambridge.
En 1923 obtuvo un puesto de ayudante en el laboratorio de W.H.
Bragg de la Royal Institution
en Londres, y en 1927 regresó a Cambridge como profesor, en
donde pronto recibió de sus alumnos del Laboratorio Cavendish
el apelativo
cariñoso de "el sabio". Desde allí
ilusionó también en el campo de la
cristalografía de las macromoléculas a muchos
investigadores del King's
College y del Birbeck
College y en
1937 obtuvo una plaza de profesor en este último College de Londres,
lugar en donde también obtuvieron su formación
una parte de
los cristalógrafos aventajados de la época. Sin duda,
a John D. Bernal le corresponde un
lugar prominente en la Ciencia del siglo XX. Demostró que,
en
condiciones adecuadas, un cristal de proteína
podía mantener su
cristalinidad al exponerlo a los rayos X, y algunos de sus
estudiantes fueron capaces de resolver estructuras tales como
la
hemoglobina y otros materiales biológicos de importancia, de
tal modo
que el análisis cristalográfico
comenzó a
revolucionar la Biología.
John, fallecido a los 70 años, fue también el
motor de estudios
cristalográficos sobre virus
y, junto con
su colaborador Isidor Fankuchen, obtuvo los primeros diagramas de
difracción de algunos de ellos.
El desarrollo de los
Bragg sobre
el
descubrimiento de Laue,
y
finalmente las aportaciones de Patterson y Harker abrieron
todas las expectativas al mundo estructural en la Biología.
Pero, además, la segunda guerra mundial hizo que el caldo de
cultivo se concentrara en Inglaterra, en donde la figura de John
D. Bernal
aparece como un gran centro atractor de futuros grandes
científicos.
Max
Ferdinand Perutz (1914-2002),
nació en Austria en una familia dedicada a la industria
textil. En 1932 se matriculó en la licenciatura de
química en la Universidad de Viena y
descontento con lo que
él denominó una
pérdida de tiempo dedicada al análisis
inorgánico, decidió que su vida
estaba en la bioquímica que parecía desarrollarse
en Cambridge, y con la ayuda económica familiar en 1936 se
incorporó al grupo de John
D. Bernal en el Laboratorio
Cavendish con el objeto de comenzar su tesis doctoral. Su
relación con Lawrence
Bragg fue también decisiva y ya en 1937
realizó los primeros experimentos de difracción
en cristales de hemoglobina que había podido cristalizar en
el Instituto de
Biología Keilin Molteno, de tal modo que se
puede afirmar que Perutz (y su bicicleta) hicieron el primer nexo real
entre la Física, que representaba el Laboratorio Cavendish,
y la Biología.
La
invasión de Austria dejó la economía
familiar de Perutz totalmente exhausta. Sin embargo, a partir de enero
de 1939, Max
pudo sobrevivir
gracias a una beca de la Fundación
Rockefeller y un puesto de ayudante
en el laboratorio del joven Lawrence
Bragg. En 1945 se
renovaron sus expectativas gracias a una beca de Imperial Chemical Industries
Research y ya en 1947 fue nombrado director de la Unidad de Biología
Molecular del recién creado Medical Research Council.
Como recuerdo a su labor científica y a su persona
quizá pueda consultarse el obituario
que se publicó en
Nature con motivo de su fallecimiento en
2002 (alternativamente siempre podrá leer
esta pequeña
nota que apareció en la revista de la Fundación de Ciencias
de la Salud en esa misma fecha). En
la foto de la derecha, Max Perutz conversando con el autor de estas
páginas en la Fundación de Ciencias de la Salud,
Madrid
(2000).
John
Cowdery Kendrew (1917-1997) nació en Oxford y en
1939 obtuvo su graduación en Química en el Trinity College de
Cambridge. La influencia personal de John
D. Bernal
le indujo a trabajar en la estructura de las proteínas
y en 1946 ingresó en el Laboratorio Cavendish,
colaborando con Max
Perutz bajo la dirección de Lawrence
Bragg. Se
doctoró en 1949 y junto a Perutz formaron las
"únicas fuerzas vivas" de la Unidad
de Biología
Molecular del
entonces recién creado (1947) Medical Research Council.
Aunque los trabajos de Kendrew se
centraron fundamentalmente en la mioglobina, Max
Ferdinand Perutz y John
Cowdery Kendrew
recibieron el Premio Nobel de Química de 1962, por sus
trabajos sobre la estructura de la hemoglobina y fueron los primeros en
usar con éxito la metodología MIR
introducida por David
Harker.
Rosalind
Elsie Franklin (1920-1958), la controvertida e infortunada
londinense, fue otro de los grandes personajes de la
época, que sin lugar a dudas también se
gestó alrededor
de la influencia directa de John
D. Bernal.
Existen multitud de textos referentes a Rosalind y quizá
merezca la
pena leer también las detalladas páginas
preparadas por Miguel Vicente
y tituladas La
dama ausente: Rosalind Franklin y la doble hélice,
y Jaque
a la dama: Rosalind Franklin en King's College,
entre otras cosas porque creemos que hacen justicia a su
persona y a su
corta, aunque fructífera, y no reconocida labor en la
ciencia de mediados del
siglo XX.
Rosalind Franklin se doctoró en 1945 en la Universidad de Cambridge
y tras pasar tres años (1947-1950) en París, en
el Laboratoire de
Services Chimiques de L'Etat se
incorporó en
1951 como asociada
de John
Randall en
el King's College
de Londres. En el laboratorio de Randall, Rosalind
cruzó su trayectoria con la de Maurice
Wilkins (1916-2004), ya que ambos estaban dedicados al ADN.
Lamentablemente, la competencia, desleal hasta niveles
incomprensibles, la llevó a un conflicto permanente
con Wilkins que finalmente le "pasó factura"..., ya que en
ausencia de Rosalind, Wilkins mostró los diagramas de fibra
del ADN, que Rosalind había obtenido, a dos
jóvenes sin demasiados escrúpulos..., James
Watson y Francis
Crick.
Los diagramas de
difracción de
Rosalind
(figura anterior izquierda) fueron bautizadas por Bernal como las
fotos de rayos X
más bellas hasta entonces obtenidas, y sirvieron para el
establecimiento de la estructura doblemente helicoidal del ADN (figura
anterior derecha).
Puede resultar interesante para el lector ver y escuchar este
vídeo corto, sobre Rosalind Franklin, preparado por "My
Favourite Scientist" y al que también se puede
acceder alternativamente
a través de este otro enlace. Puede igualmente ser de
interés observar este vídeo divulgativo
que preparó Andrew Marmery de la Royal Institution
en Londres, demostrando
los principios de la difracción mediante un láser
y alambres, y llegando a simular el patrón de
difracción de la estructura helicoidal del ADN
(alternativamente usar este otro enlace).
Del mismo modo, el lector interesado puede acceder a los manuscritos
originales que, sobre la estructura del ADN, preparó
Rosalind Franklin. Rosalind Franklin murió muy
prematuramente, a los 37
años, a causa de cáncer de ovario.
Maurice
Wilkins (1916-2004), nacido en Nueva Zelanda, se
licenció como físico en 1938, en el St. John's College
de Cambridge, fecha en la que se incorporó con John
Randall a
la Universidad de
Birmingham. Tras obtener su doctorado en 1940, se
incorporó al proyecto Manhattan en California. Tras la
Segunda Guerra Mundial, en 1945, volvió a Europa en donde John
Randall
organizaba los estudios de biofísica en la Universidad de
St. Andrew en Escocia. Un año más
tarde obtuvo
una plaza en el King's
College de Londres y en el entonces recién
creado Medical Research
Council,
en donde llegó a ser Vicedirector en 1950.
James
Dewey Watson (1928-)
nació en Chicago, y en 1950 obtuvo su título de
doctor en Zoología por la Universidad de Indiana.
Pasó un año en Copenhague como becario Merck y
durante un simposio celebrado en 1951, en Nápoles,
conoció a Maurice
Wilkins, quien despertó su
interés por la estructura de las proteínas y de
los ácidos nucléicos. Gracias a la
intervención de su director de Tesis (Salvador
E. Luria) Watson consiguió, en el mismo 1951, un
puesto
para trabajar con John
Kendrew en el Laboratorio
Cavendish, en donde conoció a Francis
Crick. Tras dos años en el Instituto Tecnológico
de California, Watson regresó en 1955
a Inglaterra para trabajar, un año
más, en el Laboratorio
Cavendish con Crick. En 1956 ingresó
en el Departamento de
Biología de Harvard.
Francis
Crick (1916-2004)
nació en Inglaterra y estudió Física
en Londres, en el University
College. Durante la guerra trabajó en el Almirantazgo Británico,
dejándolo posteriormente para estudiar Biología y
aprender los principios de la Cristalografía con W.
Cochran. En 1949, mediante una beca del Medical Research Council,
se incorporó al laboratorio de Max
Perutz, en donde, en 1954, concluyó su Tesis
Doctoral. Y allí conoció a James
Watson, quien posteriormente influiría
definitivamente en su carrera. Sus últimos años
los pasó en el Salk
Institute for Biological Studies en California.
En relación con esta desafortunada historia, Maurice
Wilkins, James
Watson y Francis
Crick recibieron el Premio Nobel de Fisiología o
Medicina en 1962, olvidando la decisiva influencia de los resultados de
Rosalind
Franklin. Resulta muy instructivo el video que sobre este
descubrimiento ofrece "hhmi
biointeractive".
Dorothy
Crowfoot Hodgkin (1910-1994),
nació en el Cairo por circunstancias familiares y pasó
también parte de su juventud en Sudán e Israel,
en donde su padre llegó a ser director de la Escuela Británica de
Arqueología en Jerusalem. Desde 1928 hasta 1932
se instaló en Oxford gracias a una beca del Sommerville College,
en donde aprendió Cristalografía y los
métodos de difracción y pronto se
sintió atraida por el personaje y los trabajos de John
D. Bernal,
de tal modo que en 1933 ya estaba en Cambridge, explorando bajo la
tutela de Bernal, un conjunto de problemas de interés.
En 1934 Dorothy se volvió a trasladar a Oxford de donde
nunca
salió, excepto por cortos periodos de tiempo. En 1946 obtuvo
un puesto como profesora asociada en Cristalografía y aunque
estuvo inicialmente ligada a la Mineralogía, pronto sus
trabajos se encaminaron hacia el campo que siempre le
interesó y que había aprendido con John
D. Bernal, los esteroles y otras
moléculas interesantes desde el punto de vista
biológico. Tomó parte activa en la
fundación de la Unión Internacional
de Cristalografía.
Sus
trabajos sobre las estructuras de compuestos de mucha complejidad para
la época, como la penicilina, cefalosporina, y vitamina B12,
entre otros, la hicieron merecedora del Premio Nobel de
Química en 1964.
1970-1980...
"Finale", aunque con
melodía inacabada...
Aunque lo sucedido en
los
primeros 60
años del siglo XX resulta asombroso y en cierto modo
irrepetible, la
melodía cristalográfica ha seguido
sonando, y en este sentido aún merece la pena resaltar en
estas páginas a otros personajes que hicieron de la
Cristalografía la base fundamental de sus investigaciones.
William Nunn
Lipscomb (1919-2011), americano, nacido en Cleveland, obtuvo
su
doctorado en
el Instituto
Tecnológico de California. Fue profesor de
Física y Química en la Universidad de Minnesota
y, a partir de 1959, en la de Harvard. En 1976 se le otorgó
el premio Nobel de Química
por sus estudios sobre la estructura de los boranos, en los que
dilucidó algunos problemas importantes sobre el
enlace químico.
Pero no se
puede concluir este apartado sin hacer mención a
los
esfuerzos realizados por muchos cristalógrafos que durante
muchos años han tratado de resolver el problema de las fases mediante alternativas diferentes a las
que proporciona la metodología de Patterson,
es decir, tratando de abordar el problema directamente desde las
intensidades del patrón de difracción y
basándose en
ecuaciones de probabilidad: los métodos
directos.
Herbert
A. Hauptman (1917-2011),
nacido en Nueva York, se graduó en 1939, como
matemático,
en la Universidad de Columbia. Su colaboración con Jerome
Karle comenzó en 1947 en el Naval Research Laboratory
de Washington DC, y obtuvo su doctorado en 1954. En 1970 se
incorporó al grupo de cristalógrafos de la Medical Foundation en Buffalo,
de donde llegó a ser director de investigación en
1972. Hauptman fue el segundo no-químico en ganar un Premio
Nobel de Química (el primero fue el físico Ernest
Rutherford).
Jerome
Karle (1918-2013),
también neoyorquino, estudió
matemáticas,
física, química y biología, obteniendo
el grado de
maestría en Biología por la Universidad de Harvard
en 1938. En 1940 se trasladó a la Universidad de Michigan,
en donde
conoció y se casó con Isabella Lugosky.
Trabajó en el proyecto
Manhattan en la Universidad
de Chicago y obtuvo el grado de doctor en 1944.
Finalmente, en 1946, se trasladó al Naval
Research Laboratory de Washington DC, en donde
conoció a Herbert
Hauptman.
La monografía
publicada por Hauptman y Karle en
1953, Solution of the Phase Problem I.
The Centrosymmetric Crystal, contenía ya las ideas
más
importantes sobre los métodos
probabilísticos que, aplicados al problema
de las fases,
les hicieron merecedores del Premio Nobel de Química en
1985,
pero no sería justo dejar de mencionar el papel de la esposa
de
Jerome, Isabella
Karle (1921-2017), quien jugó un papel
indiscutible,
poniendo en práctica las ideas mencionadas.
Como
recuerdo de estos
últimos personajes ofrecemos esta entrañable
fotografía, tomada en 1994, durante el XIII Congreso Iberoamericano de
Cristalografía (Montevideo, Uruguay).
Izquierda (desde el frente):
Jerome
Karle, Isabella Karle y Martin Martinez-Ripoll (autor de estas
páginas).
Derecha
(desde el frente): Herbert
A. Hauptman y Ray A.
Young (experto en
neutrones y uno de los pioneros del método de Rietveld).
En definitiva, la
Cristalografía ha sido (y sigue siendo) una de las ramas
científicas con
mayor carácter multidisciplinar, al unir diferentes
áreas de investigación frontera, y es la que,
directa o indirectamente, ha generado el mayor número de
laureados Nobel a lo largo de la historia.
Paralelamente,
la Unión
Internacional de Cristalografía (IUCr)
estableció,
desde 1986, el Premio
Ewald, que se
concede trianualmente en reconocimiento a contribuciones
muy especiales a la Cristalografía.
Este apartado,
va especialmente dedicado a las personas
que
inicialmente hicieron posible que la Cristalografía se haya
convertido en una de las herramientas más potentes y
competitivas para "ver" y entender el mundo
sub-microscópico, el de los
átomos y de las moléculas. Podríamos haber sido, sin
duda, más amplios y
detallados... Nada
más lejos de nuestra intención, que la
de omitir la
participación y esfuerzo de otros muchos personajes,
anteriores
y actuales, pero por suerte, tras nuestro "finale", la
"música" sigue
sonando... Vale.
Finalmente, y aunque bastante más limitado que lo resumido más arriba en
lo que a personajes se refiere, la Fundación Nobel ha publicado
una pequeña reseña en su denominado "Monthly June 2024" titulado Absolutely crystal clear.
Consciente del
papel que ha jugado (y
juega) la Cristalografía en el desarrollo de la Ciencia, la
ONU en
su Asamblea General A/66/L.51,
hecha pública el 15 de junio de 2012,
declaró 2014 Año
Internacional de la Cristalografía. Pulse también sobre la
imagen de la izquierda!
El éxito de esta
celebración se debió en gran parte a Gautam R.
Desiraju,
Presidente de la IUCr durante 2012,
y Sine Larsen, ex-Presidente de la IUCr,
pero bajo cuya Presidencia se puso en marcha esta iniciativa.
En este contexto, el 11 de noviembre de 2012 se cumplieron 100
años de
la presentación del
artículo del joven de 22 años, William
Lawrence Bragg (1890-1971), en donde se establecieron los
fundamentos de la Cristalografía de rayos X. Con este
motivo, la Unión Internacional de Cristalografía
(IUCr) ha publicado un
interesantísimo conjunto de
artículos conmemorativos que el lector podrá
encontrar a
través de los siguientes enlaces:
Los primeros 50 años
de historia de la
difracción de rayos X fueron conmemorados en 1962 por la
Unión Internacional de Cristalografía (IUCr) con la
publicación de un libro muy completo, titulado Fifty
Years of X-Ray Diffraction y editado por Paul Peter Ewald.
Bart Kahr y Alexander G.
Shtukenberg escribieron un capítulo interesante, Histories
of Crystallography by Shafranovskii and Schuh, incluido
en Recent
Advances in Crystallography, en donde se nos
ofrece un breve resumen de los dos volúmenes sobre
la Historia de la
Cristalografía escritos por Ilarion
Ilarionovich Shafranovskii (1907-1994), un
cristalógrafo ruso que asumió la
cátedra de Cristalografía de E.S. Fedorov
(1853-1919) en el Instituto de Minería de Leningrado. El
capítulo de Kahr y Shtukenberg incluye también
muchas
otras referencias, especialmente las tomadas de Curtis P. Schuh, autor
de al menos un libro notable titulado Mineralogy
& crystallography: an annotated bio-bibliography of books
published 1469 through 1919.
M.A. Cuevas-Diarte y S. Alvarez Reverter son los autores de una extensa
y comentada cronología sobre cristalografía y
química estructural que comienza en el siglo IV
a.C.
Es muy
ilustrativo visitar
la exhibición que se ofrece desde la Universidad de Illinois (Vera V. Mainz and Gregory S. Girolami,
Crystallography -
Defining the Shape of Our Modern World, University of Illinois at
Urbana-Champaign),
para conmemorar el centenario del descubrimiento de la
difracción de los rayos X. En dicha exposición se
encuentra también una estupenda presentación del
Prof. Seymour
Mauskopf de la Universidad de Duke, que también se puede
recuperar desde estos enlaces: formato
PowerPoint ó formato
pdf.
Igualmente merece la pena leer los artículos
recopilados en el número
especial de la revista Nature (2014), dedicado a la
Cristalografía, especialmente los siguientes:
entre otros también
interesantes del mismo número especial. Casi en el mismo
contexto, la revista Nature ha liberado este interesante
artículo, titulado Structural
biology: More than a crystallographer,
sobre la formación que actualmente se espera de los
cristalógrafos en el campo de la biología
estructural.
Y también
la revista Science se
sumó a la celebración del Año Internacional
de la
Cristalografía, dedicando un número
especial con los siguientes artículos:
gracias a una beca de la Fundación
Rockefeller y un puesto de ayudante
en el laboratorio del joven Lawrence
Bragg. En 1945 se
renovaron sus expectativas gracias a una beca de Imperial Chemical Industries
Research y ya en 1947 fue nombrado director de la Unidad de Biología
Molecular del recién creado Medical Research Council.
Como recuerdo a su labor científica y a su persona
quizá pueda consultarse el obituario
que se publicó en
Nature con motivo de su fallecimiento en
2002 (alternativamente siempre podrá leer
esta pequeña
nota que apareció en la revista de la Fundación de Ciencias
de la Salud en esa misma fecha). En
la foto de la derecha, Max Perutz conversando con el autor de estas
páginas en la Fundación de Ciencias de la Salud,
Madrid
(2000).
