Jerome Karle (1918-2013): El científico que revolucionó la cristalografía estructural

Jerome Karle, nacido en Nueva York en
1918, es un nombre insustituible en el mundo de la ciencia, conocido
por su contribución al desarrollo de los métodos directos para la
resolución de estructuras cristalinas. A lo largo de su carrera, Karle
desarrolló una serie de innovaciones que fueron fundamentales para la
química y la física modernas. En 1985, fue galardonado con el Premio Nobel de Química, un reconocimiento compartido con Herbert Aaron Hauptman,
por sus revolucionarios avances en la teoría de la difracción de rayos
X y su aplicación para determinar la estructura atómica de diversos
materiales, como gases, líquidos, sólidos amorfos, fibras y
macromoléculas.

Orígenes y contexto histórico

Jerome Karle nació en un hogar con
un fuerte vínculo con las artes, ya que su madre tocaba varios
instrumentos musicales. A pesar de que se esperaba que Karle siguiera
una carrera en la música, él mostró un temprano interés por las
ciencias, lo que lo llevaría a un futuro de grandes logros en este
campo. En su juventud, comenzó su educación en el sistema público de
Nueva York, un entorno que fomentaba el aprendizaje a un ritmo
acelerado para los estudiantes más avanzados. Esta educación estimuló
su curiosidad por las ciencias, llevándolo a seguir estudios de
matemáticas, física, química y biología durante su tiempo en la escuela
secundaria.

En 1933, Karle ingresó en el City College de Nueva York,
donde la educación era gratuita, lo que permitió a muchos estudiantes
con pocos recursos acceder a una formación universitaria de calidad. A
pesar de las largas horas de viaje en metro, que le tomaban tres horas
diarias, Karle continuó sus estudios con dedicación, abandonando la
práctica del piano para centrarse por completo en su futuro científico.
Su dedicación dio frutos, y tras graduarse, pasó un año en la Universidad de Harvard, donde realizó un máster en biología en 1938.

Logros y contribuciones

El desarrollo de la teoría de difracción y la resolución de estructuras cristalinas

La carrera científica de Karle despegó cuando se unió al Laboratorio de Investigación Naval en Washington, donde junto a Herbert Aaron Hauptman,
realizó investigaciones fundamentales sobre los métodos para analizar
estructuras cristalinas. Este trabajo condujo al desarrollo de los
métodos directos para la resolución de estructuras cristalinas, una de
las mayores aportaciones a la ciencia de la química estructural en el
siglo XX. Su investigación se centró principalmente en la teoría de difracción de rayos X,
y fue pionero en la aplicación de esta técnica para la determinación de
la distribución de los átomos en diversas fases de agregación de los
materiales.

Las primeras aplicaciones de los
métodos de resolución estructural de cristales centrosimétricos se
dieron a mediados de la década de 1950. Sin embargo, Karle y Hauptman
no se conformaron con estos avances y, a finales de esa década,
comenzaron a trabajar en el desarrollo de un nuevo método para
cristales no centrosimétricos. Este trabajo culminó en la creación del procedimiento de adición simbólica,
que fue publicado por primera vez en 1963 y que revolucionó la manera
en que los científicos determinaban las estructuras atómicas de los
cristales.

El avance en la determinación de la fase y las estructuras macromoleculares

En la década de 1970, Karle
continuó sus investigaciones, introduciendo importantes avances
teóricos. Su trabajo incluyó la derivación de la fórmula tangente,
un método clave para la determinación de la fase en los cristales, un
problema complicado que había desconcertado a los científicos durante
años. Esta fórmula permitió a los investigadores superar uno de los
principales obstáculos en la resolución estructural, mejorando la
precisión de las predicciones de las estructuras atómicas.

Además, Karle hizo contribuciones significativas al refinamiento de las estructuras macromoleculares y en la determinación de la distribución atómica de materiales amorfo.
Esta labor fue fundamental para la ciencia de los materiales, ya que
permitió comprender mejor la disposición de los átomos en los
materiales que no tienen una estructura cristalina regular. Su trabajo
en esta área incluyó el desarrollo de una teoría algebraica
que podía incluir cualquier tipo de dispersión anómala,
independientemente de la longitud de onda utilizada en los experimentos.

Momentos clave en la carrera de Jerome Karle

1. 1938: Completa su máster en biología en la Universidad de Harvard.

2. 1944: Obtiene su doctorado en la Universidad de Michigan, tras un periodo de trabajo en el Proyecto Manhattan.

3. 1950s: Desarrolla junto a Herbert Aaron Hauptman los métodos directos para la resolución de estructuras cristalinas.

4. 1963: Publica la primera aplicación del procedimiento de adición simbólica para la resolución de estructuras cristalinas no centrosimétricas.

5. 1970s: Deriva la fórmula tangente para la determinación de la fase y refina las estructuras macromoleculares.

6. 1981-1984: Es presidente de la Unión Internacional de Cristalografía.

7. 1985: Recibe el Premio Nobel de Química compartido con Herbert Aaron Hauptman.

Relevancia actual

El legado de Jerome Karle sigue siendo fundamental para el avance de la cristalografía y la química estructural.
Sus métodos siguen siendo utilizados en la actualidad para resolver
estructuras cristalinas, con aplicaciones en diversos campos como la
farmacología, la ingeniería de materiales y la biología molecular. Su
trabajo ha sido clave para la comprensión de la disposición atómica en
proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas biológicas complejas,
contribuyendo al desarrollo de medicamentos y terapias más efectivas.

La determinación de la fase
y la mejora de las técnicas de difracción de rayos X continúan siendo
áreas de investigación activa, y las teorías desarrolladas por Karle en
la década de 1970 siguen siendo fundamentales para los avances en este
campo. A lo largo de su vida, Karle también mostró un gran interés por
los problemas matemáticos complejos, como la resolución de ecuaciones
simultáneas no lineales, una rama que sigue siendo de gran interés en
la ciencia computacional y la química teórica.

En 1985, el reconocimiento de su
labor con el Premio Nobel consolidó su lugar en la historia de la
ciencia, pero su impacto perdura a través de los años, en el continuo
progreso de las ciencias físicas y químicas.