המדען שניסה להציל את העולם

"כל ניסוי בפצצה גרעינית מגדיל את עומס היסודות הרדיואקטיביים בכל חלקי העולם. כל תוספת קרינה גורמת נזק לבריאות האדם בעולם כולו, וגורמת נזק למאגר הנבט של האדם, המתבטא למשל בהגדלת הילדים שיוולדו עם מחלות קשות בדורות הבאים. כל עוד כלי הנשק האלה נמצאים רק ברשותן של שלוש מעצמות, אפשר להשיג הסכם לבקרה עליהם", כתב ליינוס פאולינג בעצומה שהגיש למזכיר האו"ם ועליה חתמו יותר מ-11 אלף מדענים מרחבי העולם.

העצומה של פאולינג הייתה רק אחת משורה ארוכה של פעילויות שהוביל נגד מרוץ החימוש הגרעיני, כמעט מראשיתו, וזיכתה אותו לימים בפרס נובל לשלום. אבל עוד לפני כן היה פאולינג דמות בולטת מאוד בקהילה המדעית, ונחשב עד היום לאחד מגדולי הכימאים במאה ה-20.

פעילותו זיכתה אותו בפרס נובל לשלום. פאולינג מוביל הפגנה נגד ניסויים בנשק גרעיני | צילום: Science Photo Library

קשרים וגבישים

ליינוס קארל פאולינג (Pauling) נולד ב-28 בפברואר 1901  בפורטלנד לאיזבל והנרי פאולינג שהיה סוחר תרופות. כבר בגיל 15 השלים את הלימודים הדרושים למעבר לאוניברסיטה, אולם בשל סיבות טכניות הוא קיבל תעודת סיום מהתיכון רק בשנת 1962 לאחר כארבעה עשורים של מחקר מקיף ופרס נובל בכימיה.

בשנת 1917 החל פאולינג ללמוד הנדסה כימית במכללה החקלאית של מדינת אורגון, לימים אוניברסיטת אורגון. הוא העיד על עצמו כי במהלך לימודיו קרא שני מאמרים ששינו את חייו: "כשהייתי בן 18, קראתי את המאמרים של אירווינג לאנגמיר (Langumir) משנת 1919 וגילברט ניוטון לואיס (Lewis) משנת 1916. מאמרים אלו, העוסקים בטבעו של הקשר הכימי ובתפקידם של אלקטרונים בכך שאטומים נקשרים זה לזה, עניינו אותי מאוד. מאז, זה היה ביסודו סיפור החיים שלי" (תרגום חופשי,  ל.ב.)

בשנת 1922, פאולינג המשיך ללימודי דוקטורט בכימיה ופיזיקה מתמטית במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech). המחקר שלו עסק בשימוש בקרני רנטגן לפענוח המבנה האטומי של גבישים, בהנחייתו של רוסקו דיקינסון (Dickinson).

במקביל לעבודתו על פענוח המבנה האטומי של גבישים, המשיך פאולינג להתעניין בטבעו של הקשר הכימי במהלך הדוקטורט, ואף פגש באופן אישי את גילברט לואיס. הקשר הכימי הוא זה שהעסיק את פאולינג במשך תקופה ארוכה מהקריירה, ותרומתו בנושא סללה את דרכו לקבלת פרס נובל בכימיה.

מאטום למולקולה

מאז שג'ון דלטון הניח את התשתיות לתיאוריה האטומית בעת החדשה בשנת 1808, כימאים ניסו להבין מה גורם לאטומים להתחבר זה לזה וליצור מולקולות. בשנת 1819 הציע ג'ונס יעקב ברציליוס (Berzelius) כי קשר כימי נוצר כתוצאה ממשיכה חשמלית בין שני אטומים בעלי מטענים הפוכים. אולם, ברציליוס לא הסביר איך נוצרים  קשרים בין אטומים שאינם טעונים, כמו פחמן, חמצן או מימן.

ב-1916 פרסם לואיס את המאמר שפאולינג קרא כאשר היה בן 18 - האטום והמולקולה. טענתו העיקרית של לואיס הייתה כי קשר כימי נוצר כאשר שני אטומים משתפים אלקטרונים זה עם זה. בנוסף, קשר כימי יהיה יציב אם, בדומה לגזים אצילים, לאחר היווצרותו לכל אטום יהיו שמונה אלקטרונים בקליפה החיצונית, מונח שאותו הכיר לואיס ממודל האטום של הפיזיקאי הדני נילס בוהר (Bohr) שפורסם שנים ספורות קודם לכן.

לאחר סיום הדוקטורט, קיבל פאולינג  מלגה לשנתיים של לימודים באירופה , שם למד לעומק על מכניקת הקוונטים שהחלה לקרום עור וגידים באותה תקופה. הוא השתלם אצל הפיזיקאים שפיתחו אותה, בהם בוהר, ארווין שרדינגר (Schrödinger) וארנולד זומרפלד (Sommerfeld).

אחד היסודות של מכניקת הקוונטים הוא עקרון אי הוודאות, לפיו חלקיק, כמו אלקטרון, יכול להימצא בכמה מקומות שונים בו זמנית בהסתברויות שונות. את המשוואה המתמטית המתארת את התכונה הזו פיתח שרדינגר והיא מדויקת אך מסובכת. את משוואת שרדינגר אפשר לפתור בעבור אלקטרון אחד, אך ברגע שמנסים להסביר באמצעותה מערכת מורכבת יותר,  אפילו שני אטומים שיוצרים ביחד מולקולה פשוטה, אין לה פתרון מוחלט.

פענח את הקשרים בין האטומים. המחשה של הקשר בין אטומי החמצן והמימן במולקולות מים | מקור: Science Photo Library

קשר וחצי

פאולינג הבין, כמו אחרים לפניו, כי מכניקת הקוונטים היא המפתח להבנת הקשר הכימי אך גם כי היישום שלה על מולקולות מסובך. אחרי שחזר לקלטק, הוא פרסם סדרה של מאמרים בנושא, שהפכו בהמשך לספר נפוץ "על טבעו של הקשר הכימי והמבנה של מולקולות וגבישים". בסדרת מאמרים זו פאולינג הפליא לפשט את מכניקת הקוונטים מהמורכבות המתמטית שלה, ולגזור ממנה כללים שאפשר להחיל בקלות יחסית על מולקולות.

אחת הדוגמאות לכך היא תופעה הנקראת "אל-איתור אלקטרונים" (רזוננס). אם נחזור למונחים של לואיס, הרי שאפשר לתאר קשר יחיד בין אטומים כקשר שמשתתפים בו שני אלקטרונים משני אטומים , וקשר כפול הוא קשר שמערב ארבעה אלקטרונים. אולם, יש מקרים, כמו במולקולת בנזן, שבהם ניסויים הראו כי הקשר בין שני אטומים הוא בין יחיד לכפול. מצוייד בתובנה ממכניקת הקוונטים, פאולינג הסביר כי יכול להיות מצב של "קשר וחצי", שבו אלקטרון נמצא מחצית מהזמן בקשר אחד, ומחצית מהזמן בקשר אחר.

לאחר פרסום סדרת המאמרים על הקשר הכימי, החל פאולינג החל להתעניין בביוכימיה ובמבנה המורכב של חלבונים ו-DNA. ב-1934 הוא החל לחקור את התכונות המגנטיות של המוגלובין, החלבון שאחראי על הובלת חמצן מהריאות לשאר הגוף, ועסק גם בתכונות של נוגדנים במערכת החיסון.

במהלך מלחמת העולם השנייה הציע עצמו פאולינג כיועץ מחקרי למאמץ המלחמתי, והעמיד את המעבדה שלו לרשות הממשל. במסגרת זו פיתח בין היתר מכשיר למדידת ריכוז החמצן באוויר, שהיה מיועד לשימוש צבאי במטוסים ובצוללות. בהמשך הוסב המכשיר לשימוש רפואי, בין היתר לניטור רמת החמצן באינקובטורים בפגיות. עם זאת, הוא דחה הצעה של רוברט אופנהיימר להצטרף לתכנית מנהטן לפיתוח פצצת אטום, בנימוק שאינו רוצה לעקור את משפחתו מהבית.

 הגנטיקה המולקולרית

בשנת 1945 פאולינג שמע הרצאה על מחלת האנמיה החרמשית, הגורמת לבעיה בהובלת החמצן בגוף. לאחר מחקר מעמיק, פרסם עם שותפו הארווי איתנו (Itano) מאמר ב-Science ב-1949 על "אנמיה חרמשית כמחלה מולקולרית", והם הציעו בו כי הגורם למחלה הוא שינוי של אחת מחומצות האמינו בהמוגלובין. שינוי זה, הידוע כיום כמוטציה גנטית, גרם לשינוי בתכונות הפיזקליות של ההמוגלובין וביכולת שלו לקשור חמצן. התגלית של פאולינג פורסמה כמה שנים לפני שפרנסיס קריק וג'יימס ווטסון פענחו את מבנה ה-DNA, עבודה שהובילה להבנה כי מוטציה בDNA יכולה לגרום לשינוי ברצף חומצות האמינו ובמבנה החלבון. פאולינג היה הראשון שהציע כי למחלה יש מקור מולקולרי, והיה אף הראשון להשתמש בשם זה. לימים, ההנחה של פאולינג התבררה כנכונה, וכיום יש מחלות רבות שהבסיס המולקולרי שלהן ידוע ומשמש נקודת מוצא לפיתוח תרופות.

לאחר כעשור של עיסוק בביולוגיה, פאולינג, שהיה מנוסה בפענוח מבנה של גבישים מינרליים באמצעות קרני רנטגן, הצליח לפענח גם מבנה של מולקולה מורכבת בהרבה- חלבון. בעזרת משחק עם גזירי נייר, שהוא ידע איפה הוא יכול לקפל אותם משיקולים תיאורטיים, פאולינג הגיע למבנה מדויק של סליל אלפא (אלפא הליקס), שבו יכול להימצא חלק מסויים מחלבון. כיום, המבנה האטומי של מאות אלפי חלבונים מפורסם ב"בנק החלבונים" (protein data bank), וסליל האלפא הוא מרכיב חשוב ברבים מהם.

פאולינג ניסה לפענח גם את מבנה ה-DNA, אך סבר בתחילה כי מדובר בסליל משולש. ווטסון וקריק הקדימו אותו והבינו את מבנה הסליל הכפול. "הוא היה אחד האנשים שגרמו לביולוגיה המולקולרית  להמריא, והוא גרם לתחום הזה להמריא מכיוון שהוא הבין כימיה וכימיה פיזיקלית והוא האמין שזו הדרך הנכונה לחשוב על תהליכים, ולא בדרך של כוחות מסתוריים", סיכם פרנסיס קריק את תרומתו של פאולינג לתחום.

פאולינג פרסם גם מאמרים חשובים בנושאים רבים אחרים בכימיה, בהם מגנטיות של חומרים, המבנה של מתכות ותרכובות מתכתיות ופענוח המבנה של מולקולות גז בעזרת פיזור אלקטרונים. משנת 1940, שמו של פאולינג החל להופיע בעקביות ברשימת המועמדים לפרס נובל בכימיה. כעבור 14 שנה ולמעלה משישים המלצות, הוענק לו ב-1954 הפרס על  מחקריו הנוגעים להבנת הקשר הכימי והשימוש שעשה במכניקת הקוונטים לפענוח דרכי ההיקשרות בין אטומים.

מלחמה ושלום

עם סיום מלחמת העולם השניה, פאולינג, עם מדענים נוספים כאלברט איינשטיין, החל להתבטא נגד הפצת נשק להשמדת המונים. בתחילת שנות החמישים, בשיאה של תנועת ה"מקרתיזם" בארה"ב, פאולינג נתפס בעיני רבים כמעט כבוגד בשל התבטאויותיו, והוא אף נחקר בוועדה של הסנאט לענייני הגירה בחשד לפעילות קומוניסטית. בשל החשדות נמנע מפאולינג חידוש הדרכון, והוא נאלץ להחמיץ כינוס חשוב בלונדון שעסק במבנה החלבון. יש הטוענים כי עקב היעדרותו מהכנס הוא לא נחשף לנתונים חשובים על מבנה הDNA, וזה מה שאיפשר לווטסון וקריק להקדימו.

לאחר קבלת פרס נובל בכימיה, מעמדו של פאולינג השתקם והוא ניצל זאת להרחבת פעילותו למניעת הפצת נשק גרעיני ונגד מרוץ החימוש בין ארצות הברית לברית המועצות. באינספור הרצאות הוא הציג לציבור נתונים מדאיגים כי נשורת גרעינית מניסויים שנעשים מחוץ לאטמוספירה מעלה את הסיכוי לחלות בסרטן ואת מספר החולים במחלות גנטיות. בשיאה של פעילותו, ב-15 בינואר 1958, הגיש פאולינג עם אשתו אווה, שהייתה פעילה ביותר במאמץ ההסברה, עצומה למזכיר האו"ם שעליה חתמו כ-11,000 מדענים מרחבי העולם, שקראה להפסקה מיידית של הניסויים הגרעיניים. בין המדענים שחתמו על העצומה, 57 ישראלים, ארבעה סינים ולבנוני אחד.

בסופו של דבר, מאמצי ההסברה של פאולינג תרמו לא מעט לכך שב-25 ביולי 1963 חתמו ארצות הברית, ברית המועצות ובריטניה על הסכם האוסר על ביצוע ניסויים גרעיניים. ההסכם נכנס לתוקף בסוף אותה השנה, ופאולינג קיבל על מאמציו פרס נובל לשלום. מעניין לציין שבשנת 1962 ועדת הפרס לא מצאה אף מועמד ראוי, כך שהפרס שפאולינג קיבל ב-1963 היה בעצם עבור שנת 1962.

השיג חתימות של יותר מ-11 אלף מדענים. קטע מהעצומה בכתב ידו של פאולינג | מקור: מסמכי פאולינג באוניברסיטת אורגון

עונת התפוזים

גם לאחר קבלת הפרס המשיך פאולינג בפעילותו למען השלום. הוא יצא נגד המעורבות האמריקאית בוויטנאם, בקובה, בעיראק ועוד. עקב לחץ של עמיתים שמרנים שפעילותו האנטי מלחמתית הייתה לצנינים בעיניהם, עזב פאולינג את קלטק בשנת 1964, וכיהן כפרופסור באוניברסיטאות סן דייגו וסטנפורד, עד פרישתו לגמלאות ב-1973. בתקופה זו הרחיב את התעניינותו בבריאות הציבור, ובהשפעת תזונה נכונה על מניעת מחלות ואריכות חיים.

בשנת 1970 פרסם פאולינג את ספרו ויטמין C וההצטננות  ובו טען כי ויטמין C  יכול למנוע הצטננות. בהמשך אף טען כי ויטמין C  יכול לסייע בטיפול בסרטן, במחלות לב, בשפעת ועוד. טענותיו בדבר תרומתו של ויטמין C לריפוי סרטן עוררו ויכוח מדעי וציבורי רחב, ומחקרים שהתבצעו בעקבות פאולינג הראו בעיות מתודולוגיות במחקריו, והטילו ספק במסקנות שלו. לאחר שפרש מהאקדמיה היה שותף להקמת מכון מחקר שנקרא היום על שמו, ועוסק  ברפואה מונעת תוך הבנה שתזונה נכונה יכולה למנוע מחלות רבות ולהאט את תהליך ההזדקנות.

בהקשר ישראלי היה פאולינג אחד מהמתנגדים הנחרצים ביותר לתגליתו של דן שכטמן, הגבישים המחזוריים למחצה, ואף השמיץ אותו בפומבי. לימים סיפר שכטמן כי פאולינג השתכנע בקיומם של גבישים כאלה, והם סיכמו לכתוב מאמר יחד, אך לא הספיקו לפני מותו.

פאולינג הלך לעולמו ב-19 באוגוסט 1994, כשהוא מותיר ארבעה ילדים ועשרות נכדים ונינים. הוא  האדם היחיד שזכה בשני פרסי נובל בלי שותפים, ורבים תיארו אותו ככימאי המשפיע ביותר מאז אנטואן לבואזיה, שהיה ממניחי התשתית לכימיה המודרנית במאה ה-18. פאולינג חתום על יותר מאלף מאמרים במגוון תחומים מדעיים וקיבל עשרות פרסים. הוא הותיר לנו עולם עם הרבה פחות תפוזים, ובתקווה, גם עולם שבו מוסכם כי מלחמה גרעינית היא רעיון גרוע.