Jerome Karle Kimdir?

Biyografi.biz sitesi olarak bugün ele alacağımız biyografi yine bir Nobel ödüllü bilim adamına ait. Jerome Karle kimdir, bu ismi daha önce duymamış olabilirsiniz. Kendisi  kristal yapıların belirlenmesinde kullanılan doğrudan yöntemleri (direct methods) geliştirmesiyle tanınan, 1985 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü kazanan Amerikalı fizikokimyacı ve kristalografdır.

Herbert A. Hauptman ile birlikte çözdüğü “faz sorunu” (phase problem), X-ışını kristalografisinde devrim yaratmış ve moleküllerin üç boyutlu atomik yapılarının belirlenmesini mümkün kılmıştır.

Karle’ın geliştirdiği matematiksel yöntemler sayesinde, daha önce yıllar süren molekül yapısı belirleme süreci, güçlü bilgisayarların yardımıyla günler hatta saatlerle sınırlı hale gelmiştir. Bu buluş, başta kimya ve farmakoloji olmak üzere birçok bilim dalında devrim yaratmış, binlerce hormon, vitamin, antibiyotik ve proteinin üç boyutlu yapısının aydınlatılmasını sağlamıştır. Jerome Karle, sadece teorik bir bilim insanı değil, aynı zamanda mühendislik uygulamalarına yön veren bir mucit olarak da dikkat çekmiştir. Hayatı boyunca “imkânsız” denilen problemlerin peşinden gitmekten vazgeçmeyen Karle, bilim dünyasında azmin ve yaratıcı düşüncenin en güzel örneklerinden birini sergilemiştir.

Jerome Karle Biyografisi

Jerome Karle biyografisi genişçe ele alındığında şöyle diyebiliriz:  18 Haziran 1918 tarihinde ABD’nin New York şehrinde, Brooklyn’de dünyaya gelmiştir. Asıl soyadı Karfunkle olan Karle, Yahudi kökenli bir ailenin çocuğu olarak dünyaya gelmiştir. Coney Island’da büyüyen Karle, buraya olan sevgisini hayatı boyunca korumuştur. Gençliğinde piyano çalmış ve birçok yarışmaya katılmış olsa da, bilime olan ilgisi her zaman daha ağır basmıştır. Çocukluk yıllarında hentbol, buz pateni, touch football ve Atlantik Okyanusu’nda yüzme gibi aktivitelerle vakit geçirmiştir.

Karle, sadece 15 yaşında liseden mezun olmuş ve eğitim hayatına erken yaşta başlamıştır. Onun bu erken dönem başarısı, ilerideki bilimsel kariyerinin habercisi olmuştur. New York’taki devlet okullarında eğitim gören Karle, Abraham Lincoln Lisesi’nde okumuş ve bu okul daha sonra Arthur Kornberg (1959 Nobel Tıp Ödülü) ve Paul Berg (1980 Nobel Kimya Ödülü) gibi Nobel ödüllü bilim insanları yetiştirmiştir.

Jerome Karle Nerelerde Eğitim Gördü?

Jerome Karle, yüksek öğrenimine 1933 yılında City College of New York’ta (CCNY) başlamıştır. Burada matematik, fizik, kimya, biyoloji ve sosyal bilimler gibi geniş bir müfredatı tamamlamış ve 1937 yılında lisans derecesini almıştır. City College of New York’ta aynı dönemde Herbert Hauptman ile birlikte öğrenim görmüş, ancak o dönemde birbirlerini tanımamışlardır. Aynı sınıfta ayrıca daha sonra Nobel Tıp Ödülü alacak olan Arthur Kornberg de bulunmaktadır.

Eğitimine Harvard Üniversitesi’nde devam eden Karle, 1938 yılında biyoloji alanında yüksek lisans derecesi (M.A.) almıştır. Yüksek lisansını tamamladıktan sonra, New York Eyalet Sağlık Bakanlığı’nda Albany’de çalışmaya başlamış ve burada içme suyundaki florür konsantrasyonunu ölçmek için bir yöntem geliştirmiştir. Bu yöntem, daha sonra su florizasyonu için standart teknik haline gelmiştir.

Doktora eğitimine 1940 yılında Michigan Üniversitesi’nde başlayan Karle, burada fizikokimya alanında çalışmıştır. Doktora danışmanı, gaz fazındaki moleküllerin elektron kırınımı ile incelenmesi konusunda uzmanlaşmış olan Lawrence O. Brockway’dir. Karle, doktora çalışmalarını 1943 yazında tamamlamış ve resmi olarak 1944 yılında PhD derecesini almıştır. Aynı dönemde, daha sonra eşi olacak olan Isabella Lugoski ile bir fizikokimya laboratuvar dersinde tanışmıştır. Laboratuvar ortakları harf sırasına göre belirlendiği için Karle ve Lugoski aynı gruba düşmüş ve bu tanışma evlilikle sonuçlanmıştır.

Jerome Karle, Michigan Üniversitesi’ndeki ilk fizikokimya laboratuvar dersinde, yanındaki sırada oturan Isabella Lugoski ile tanışmıştır. Laboratuvar ortakları isimlerin alfabetik sırasına göre belirlendiği için Karle ve Lugoski aynı gruba düşmüşlerdir. Bu tesadüfi karşılaşma, hem kişisel hem de bilimsel hayatlarında büyük bir dönüm noktası olmuştur. Çift, henüz öğrenciyken 1942 yılında evlenmiştir.

Isabella Lugoski de kendisi gibi Lawrence Brockway’in danışmanlığında doktora yapmış ve elektron kırınımı alanında uzmanlaşmıştır. Birlikte, bilim dünyasının en verimli ve uzun soluklu işbirliklerinden birini oluşturmuşlardır. Jerome Karle, Isabella’nın deneysel çalışmalarının Nobel Ödülü’nde tanınmamasından hep yakınmış ve eşinin katkılarının göz ardı edildiğini düşünmüştür. Üç kız çocuğu olan çiftin tüm çocukları da bilim alanında kariyer yapmıştır: Louise Karle teorik kimyager, Jean Karle organik kimyager, Madeleine Karle ise jeolog olarak çalışmaktadır.

Jerome Karle’ın Akademik Kariyeri Nasıldı?

Doktora çalışmalarını tamamladıktan sonra, 1943 yılında Karle ve eşi, Chicago Üniversitesi’nde Manhattan Projesi’nde çalışmaya başlamıştır. Bu projede plütonyum kimyasının farklı alanlarında araştırmalar yapmışlardır. 1944 yılında Michigan Üniversitesi’ne dönerek ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı (Naval Research Laboratory – NRL) için bir projede çalışmıştır.

1946 yılında Karle çifti, Washington DC’deki Deniz Araştırma Laboratuvarı’na (NRL) kalıcı olarak katılmıştır. Jerome Karle, NRL’de 1968 yılında Madde Yapısı Laboratuvarı‘nı (Laboratory for the Structure of Matter) kurmuş ve burada baş bilim insanı olarak görev yapmıştır. Kariyeri boyunca NRL’de kalan Karle, 2009 yılında emekli olmuştur.

Karle aynı zamanda 1951 yılından itibaren Maryland Üniversitesi’nde profesör olarak görev yapmıştır. 1972 yılında Amerikan Kristalografi Derneği’nin (American Crystallographic Association – ACA) başkanlığını, 1981-1984 yılları arasında ise Uluslararası Kristalografi Birliği’nin (International Union of Crystallography – IUCr) başkanlığını yapmıştır. 1976 yılında Amerikan Ulusal Bilimler Akademisi’ne (National Academy of Sciences) seçilmiştir.

Kristalografide Faz Sorunu Nedir?

X-ışını kristalografisi, bir kristalin atomik yapısını belirlemek için kullanılan bir tekniktir. Bu yöntemde, bir kristale gönderilen X-ışınları, kristalin içindeki atomlar tarafından saçılır (kırınıma uğrar) ve bir dedektör üzerinde belirli bir desen oluşturur. Bu desen, atomların üç boyutlu düzenine dair bilgiler içerir.

Ancak 20. yüzyılın ortalarına kadar bilim insanlarının karşısında büyük bir engel vardır: Faz Sorunu. Dedektörler, kırınıma uğrayan X-ışınlarının sadece şiddetini (yoğunluğunu) ölçebiliyordu. Atomların tam olarak nerede olduğunu belirlemek için gereken “faz” bilgisi (dalgaların birbiriyle olan kayma miktarı) doğrudan ölçülemiyordu. Ölçülen şiddet, yapı faktörünün (structure factor) karesi olduğu için, kare alma işlemi sırasında faz bilgisi kayboluyordu. Faz bilgisi olmadan, elektron yoğunluğunu hesaplamak ve moleküler yapıyı belirlemek mümkün değildi. Bu sorun, o dönemde birçok bilim insanı tarafından “çözülemez” olarak kabul ediliyordu.

Jerome Karle Faz Sorununu Nasıl Çözdü?

Jerome Karle ve Herbert Hauptman, 1950’li yılların başında Deniz Araştırma Laboratuvarı’nda (NRL) işbirliğine başladıklarında, faz sorununun matematiksel olarak çözülebileceğini fark etmişlerdir. Karle’ın elektron kırınımı verileri üzerine yaptığı erken dönem analizlerinde kullandığı bir matematiksel koşul, bu çözümün anahtarını oluşturmuştur: Elektron yoğunluğunun her yerde pozitif olması gerektiği koşulu.

Karle ve Hauptman, bu koşuldan yola çıkarak yapı faktörleri arasında geçerli olan eşitsizlikler geliştirmişlerdir. Bu eşitsizlikler sayesinde, ölçülen şiddet verilerinden faz bilgileri doğrudan hesaplanabilmiştir. İkili, bu matematiksel yöntemleri 1953 yılında yayımladıkları bir monografide duyurmuşlardır. Monografin başlığı “Faz Probleminin Çözümü I: Merkezi Simetrik Kristal” (The Solution of the Phase Problem I: The Centrosymmetric Crystal) olarak belirlenmiştir.

Karle ve Hauptman’ın geliştirdiği “doğrudan yöntemler” (direct methods), olasılık teorisini kullanarak faz bilgilerini hesaplamanın yolunu açmıştır. Bu yöntemler sayesinde, gözlemlenen kırınım şiddetleri ile ihtiyaç duyulan faz açıları arasında ilişki kurulabilmiştir.

Isabella Karle’ın Yöntemlerin Uygulanmasındaki Rolü Ne Oldu?

Karle ve Hauptman’ın geliştirdiği matematiksel yöntemler, ilk yayımlandıklarında anlaşılması güç olduğu ve gerekli hesaplamaların çok karmaşık olması nedeniyle neredeyse on yıl boyunca büyük ölçüde göz ardı edilmiştir. Karle’ın kendi ifadesiyle, “bilim dünyasındaki birçok meslektaşımız söylediğimiz tek bir kelimeye bile inanmadı”.

Bu noktada devreye Jerome Karle’ın eşi Isabella Karle girmiştir. Isabella, geliştirilen matematiksel eşitsizlikleri kendi X-ışını ölçümlerine uygulamış ve başka hiç kimsenin çözemediği kristal yapılarını çözmeyi başarmıştır. Isabella’nın deneysel çalışmaları sayesinde, doğrudan yöntemlerin sadece teoride değil, pratikte de işe yaradığı kanıtlanmıştır.

Isabella Karle, 1960’lı yıllarda “sembolik ekleme yöntemi” (symbolic addition procedure) olarak bilinen ve merkezi simetrik olmayan kristallere de uygulanabilen bir prosedür geliştirmiştir. 1963 yılında bu yöntemin ilk uygulaması yayımlanmış ve 1964 yılında doğrudan faz belirleme ile çözülen ilk eşit atomlu merkezi simetrik olmayan kristal yapısı duyurulmuştur. Jerome Karle, eşinin deneysel çalışmalarının Nobel Ödülü’nde tanınmamasını hep bir eksiklik olarak görmüştür.

Doğrudan Yöntemlerin Bilim Dünyasına Etkisi Ne Oldu?

Karle ve Hauptman’ın doğrudan yöntemleri, 1970’li yıllarda bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte tüm dünyada kabul görmeye başlamıştır. 1960’ların sonuna gelindiğinde, birçok laboratuvar doğrudan yöntemlerin potansiyeline ilgi duymaya başlamış ve 1970’lerde bu yöntemler kristalografi alanında standart hale gelmiştir.

Bu yöntemler sayesinde, daha önce yaklaşık iki yıl süren basit bir biyolojik molekülün yapısını belirleme süreci, 1980’lere gelindiğinde güçlü bilgisayarlarla sadece iki güne kadar düşmüştür. Bu devrim, binlerce hormon, vitamin, antibiyotik ve proteinin üç boyutlu yapısının aydınlatılmasını sağlamıştır. Bugün modern ilaç geliştirme süreçlerinde, bir molekülün yapısını bilmek, o molekülün nasıl çalıştığını anlamanın ve ona etki edecek ilaçları tasarlamanın ilk adımıdır.

Jerome Karle Nobel Ödülü’nü Nasıl Aldı?

Jerome Karle, 16 Ekim 1985 tarihinde Londra’dan Washington DC’ye giden bir uçakta, çok dramatik bir şekilde Nobel Ödülü’nü kazandığını öğrenmiştir. Uçağın kaptanı James Green, anons sisteminden şu açıklamayı yapmıştır: “Bugün bizimle birlikte uçan Amerika’nın en yeni Nobel Ödülü sahibine ev sahipliği yapmaktan onur duyuyoruz ve kendisinin bundan haberi bile yok”. Kaptan daha sonra Karle’ı uçağın birinci sınıf bölümüne davet etmiştir. Karle, bu ödülü Herbert A. Hauptman ile paylaşmıştır.

İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, ödülü “kristal yapılarının belirlenmesi için doğrudan yöntemleri geliştirmeleri” nedeniyle takdim etmiştir. Karle’a bu ödülü kazandıran temel başarı, daha önce “imkânsız” olarak nitelendirilen faz sorununa matematiksel bir çözüm getirmesiydi. Nobel Ödülü, Karle’ın bilim dünyasındaki önemini uluslararası düzeyde tescillemiştir.

Jerome Karle’ın Çalışmaları

Nobel Ödülü’nü kazandıktan sonra da çalışmalarına ara vermeyen Karle, araştırmalarını genişletmeye devam etmiştir. 1980 yılında, çoklu dalga boyunda anormal saçılma tekniği için doğrusal bir cebirsel teori yayımlamıştır. Kariyerinin ilerleyen dönemlerinde, meslektaşları ile birlikte kuantum kristalografisi (quantum crystallography) alanını başlatmış ve X-ışını verilerinin elektronların kuantum durumunu temsil etmek için kullanılabileceğini göstermiştir. 2011 yılında, yani 93 yaşında ve emekli olduktan sonra bile, yüksek enerjili, yüksek yoğunluklu moleküllerin patlayıcı özelliklerini kuantum mekaniği kullanarak tahmin etmek üzerine bir makale yayımlamıştır.

Karle ve eşi Isabella, 31 Temmuz 2009’da Deniz Araştırma Laboratuvarı’ndan emekli olmuşlardır. Emekli olduklarında, ABD hükümetine toplam 127 yıllık hizmet vermişlerdir. Emeklilik törenlerinde, ABD Donanma Sekreteri Ray Mabus tarafından Donanma Üstün Sivil Hizmet Ödülü’ne (Department of the Navy Distinguished Civilian Service Award) layık görülmüşlerdir.

Jerome Karle, 6 Haziran 2013 tarihinde Virginia, Annandale’de karaciğer kanseri nedeniyle hayatını kaybetmiştir. Arlington, Virginia’daki Columbia Gardens Mezarlığı’na defnedilmiştir. Jerome Karle’ın en büyük mirası, kristalografiyi bir uğraş olmaktan çıkarıp biyokimyasal mekanizmaları anlamak için bir araç haline getirmiş olmasıdır. Onun geliştirdiği yöntemler, modern kimyanın, biyolojinin ve ilaç geliştirmenin ayrılmaz bir parçası haline gelmiştir.

 

Bilgi	Detay
Gerçek Adı	Jerome Karfunkle
Doğum Tarihi	18 Haziran 1918
Doğum Yeri	Brooklyn, New York, ABD
Ölüm Tarihi	6 Haziran 2013 (94 yaşında)
Ölüm Yeri	Annandale, Virginia, ABD
Boyu	Bilinmiyor
Kilosu	Bilinmiyor
Burcu	İkizler
Medeni Hali	Evli
Eğitimi	City College of New York (Lisans, 1937), Harvard Üniversitesi (Yüksek Lisans, 1938), Michigan Üniversitesi (Doktora, 1944)
İnsanlığa Kattığı Şeyler	Kristalografide doğrudan yöntemler (direct methods), faz sorununun çözümü, kuantum kristalografisinin kurulması, modern ilaç tasarımının temelini oluşturan matematiksel teknikler

Kaynakça

• Karle, J. & Hauptman, H. A. (1953). The Solution of the Phase Problem I: The Centrosymmetric Crystal. American Crystallographic Association.
• Nobel Vakfı. (1985). Jerome Karle – Facts. org.
• Physics Today. (2014, Şubat). Jerome Karle. 67(2), 57.
• Britannica Ansiklopedisi. Jerome Karle. Encyclopaedia Britannica.
• Hendrickson, W. (2013, Temmuz). Jerome Karle (1918-2013). Nature, 499, 410.
• Uluslararası Kristalografi Birliği (IUCr). Jerome Karle – Nobel Prize in Chemistry 1985.
• The Washington Post. (2013, Haziran 14). Jerome Karle, Nobel laureate, dies at 94.