導(dǎo)讀

最近，諾獎(jiǎng)得主馬汀·卡普拉斯（Martin Karplus）去世，他是一位在奧地利出生的美國(guó)理論化學(xué)家，主要研究核磁共振譜學(xué)、化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)、量子化學(xué)和生物大分子的分子動(dòng)力學(xué)模擬。

2013年，他贏得了諾貝爾獎(jiǎng)，為化學(xué)和AI技術(shù)的交叉融合做出了重要貢獻(xiàn)。

雖然Karplus本人可能沒(méi)有直接參與AI技術(shù)的研發(fā)，但他的工作為AI技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)和啟示，他的研究成果激發(fā)了化學(xué)家們對(duì)計(jì)算機(jī)模擬和AI技術(shù)的興趣，推動(dòng)了這些技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

Karplus有不少中國(guó)學(xué)生，如深圳灣實(shí)驗(yàn)室副主任 高毅勤 、深圳灣實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)與物理生物學(xué)研究所副所長(zhǎng) 周耀旗 、復(fù)旦大學(xué)復(fù)雜體系多尺度研究院院長(zhǎng) 馬劍鵬 等知名學(xué)者都是他的學(xué)生。

齊 萱 | 編譯

2024年12月28日，2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、理論化學(xué)家Martin Karplus逝世，享年94歲。

Karplus以開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)模型研究生物分子等復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)而著稱(chēng)，他在分子動(dòng)力學(xué)模擬領(lǐng)域做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，他開(kāi)發(fā)的多尺度復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)模型，為后來(lái)的計(jì)算機(jī)模擬和AI技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。

通過(guò)這種模型，化學(xué)家可以更加精確地模擬化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，預(yù)測(cè)分子的性質(zhì)和行為，從而加速新藥的研發(fā)和化學(xué)品的開(kāi)發(fā)。

時(shí)至今日，許多計(jì)算化學(xué)家仍在使用基于Karplus及其同事于20世紀(jì)70年代開(kāi)創(chuàng)的技術(shù)，就連如今大熱的AI，如AlphaFold等人工智能系統(tǒng)也使用了該技術(shù)。

01

一臺(tái)顯微鏡讓他愛(ài)上科學(xué)

1930年，Karplus出生于奧地利維也納，這是一個(gè)盛產(chǎn)紅酒的地方。在他8歲那年，由于納粹占領(lǐng)奧地利，Karplus一家被迫遠(yuǎn)離故土，先遷至瑞士，后定居美國(guó)。他在波士頓地區(qū)上學(xué)，對(duì)科學(xué)的早期熱愛(ài)源自于父母送給他的一臺(tái)顯微鏡。

Karplus希望從事生物研究工作，但他意識(shí)到需要先奠定堅(jiān)實(shí)的物理科學(xué)基礎(chǔ)。1947年，他進(jìn)入哈佛大學(xué)攻讀本科學(xué)位，主修物理和化學(xué)，并于1950年畢業(yè)。 在哥哥Bob的上司Robert Oppenheimer的建議下，Karplus前往加州理工學(xué)院（Caltech）開(kāi)始生物學(xué)研究生學(xué)習(xí)。

Linus Pauling

由于與導(dǎo)師不和，Karplus轉(zhuǎn)至加州理工學(xué)院的化學(xué)系，并最終加入了Linus Pauling的研究小組。Pauling被譽(yù)為現(xiàn)代量子化學(xué)的奠基人之一以及分子生物學(xué)研究的開(kāi)拓者，后來(lái)獲得了化學(xué)和和平兩個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。1953年，Karplus完成了關(guān)于二氟化氫離子（FHF-）氫鍵相互作用的博士論文。

此后，Karplus在英國(guó)牛津大學(xué)進(jìn)行了博士后研究，接著在美國(guó)伊利諾伊大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)擔(dān)任教職。1965年，Karplus回到哈佛大學(xué)，并在此度過(guò)了余生。

20世紀(jì)90年代，他還在法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)成立了一個(gè)研究小組。

02

在質(zhì)疑中做出開(kāi)創(chuàng)性的工作

20世紀(jì)70年代，Karplus和他的博士后Arieh Warshel開(kāi)發(fā)了結(jié)合量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的計(jì)算方法，計(jì)算了多種平面分子的π電子光譜和振動(dòng)光譜。這是首次證明這種混合方法，也是未來(lái)許多用于模擬復(fù)雜生物系統(tǒng)的技術(shù)的起點(diǎn)。

正是這項(xiàng)工作使Karplus與Arieh Warshel和Michael Levitt共同獲得了2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

然而，在Karplus開(kāi)始研究這些計(jì)算方法時(shí)，許多實(shí)驗(yàn)學(xué)家對(duì)其價(jià)值表示質(zhì)疑。

“當(dāng)我們剛開(kāi)始做這項(xiàng)工作時(shí)，我的化學(xué)同事認(rèn)為這是在浪費(fèi)時(shí)間，我的生物學(xué)朋友說(shuō)，即使我們能做到，也不會(huì)有人感興趣。” Karplus在2013年獲得諾貝爾獎(jiǎng)后不久說(shuō)道， “如今，成千上萬(wàn)的人正在使用基于我們20世紀(jì)70年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)的方法的計(jì)算?！?/p>

Karplus還在包括核磁共振（NMR）光譜在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)，以他命名的Karplus方程描述了質(zhì)子-質(zhì)子耦合常數(shù)。在他的職業(yè)生涯中，Karplus指導(dǎo)了250多名研究人員。

耶魯大學(xué)的計(jì)算化學(xué)家William Jorgensen在X網(wǎng)站上寫(xiě)道，Karplus是 “一位在包括分子動(dòng)力學(xué)在內(nèi)的許多領(lǐng)域做出巨大貢獻(xiàn)的學(xué)者和化學(xué)物理先驅(qū)”。 他還補(bǔ)充道， Karplus的遺產(chǎn)“被他眾多的同事所強(qiáng)化，這些同事也為計(jì)算科學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)”。

參考資料

Computational chemist and Nobel prize-winner Martin Karplus dies at 94

https://www.chemistryworld.com/news/computational-chemist-and-nobel-prize-winner-martin-karplus-dies-at-94/4020743.article

西湖大學(xué)萬(wàn)里博士講解Nature論文： Muscular Dystrophy and Dystrophin Glycoprotein Complex

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