В 1935 г., находясь на стажировке в Манчестерском университете, Калвин познакомился с металлопорфиринами, к которым относятся гемин и хлорофилл. После возвращения в США он начал работать в Калифорнийском университете в Беркли. Там профессор Гильберт Ньютон Льюис порекомендовал Калвину продолжить исследование порфиринов, которым он занимался в Манчестере под руководством Майкла Полани. По счастливому совпадению Беркли был центром исследований в области радиохимии, и это обстоятельство сыграло в работе Калвина очень важную роль.

В 1940 г. Сэмуэль Рубен и Мартин Камен открыли радиоактивный углерод-14. Вскоре этот элемент стали широко использовать в качестве «меток» при исследовании биохимических реакций. Калвин, включившись в исследование процесса фотосинтеза, решил использовать этот метод в радиационной лаборатории, руководителем которой он стал в 1946 г. Там он и провел свои знаменитые опыты с хлореллой.

Калвин помещал эти зеленые водоросли в специальный сосуд и освещал их на протяжении 1—30 с. Одновременно через воду пропускалась двуокись углерода (углекислый газ), меченная углеродом-14. Под действием света этот элемент тотчас включался в цепь фотосинтеза.

По истечении контрольного времени сосуд открывали, и водоросли переносили в спирт, где они сразу погибали. Таким образом можно было фиксировать различные этапы фотосинтеза.

Оставалось лишь выяснить, в какие соединения включился меченый углерод. Для этой цели использовался метод хроматографии на бумаге. Поскольку радиоактивный углерод непрерывно излучает, хроматографический лист, положенный на фотопластинку, создавал на ней изображение. Это позволило хорошо видеть, как разделились различные вещества, и давало возможность выделить их в чистом виде для анализа. С помощью этого оригинального метода Калвин показал, что двуокись углерода фиксируется в форме фосфоглицериновой кислоты. Это было поистине замечательное открытие. Оказалось, что углерод просто подключается к одному из уже известных звеньев цепи обмена углеводов и таким образом входит в состав глюкозы и других более сложных Сахаров.

За это крупное открытие — этапов биохимических превращений двуокиси углерода при фотосинтезе — М. Калвин получил в 1961 г. Нобелевскую премию по химии. Находясь в расцвете творческих сил (ему было тогда 50 лет), профессор Калвин продолжает плодотворно работать в этой исключительно важной для человечества области. Овладение тайной фотосинтеза оказало большое влияние на развитие земледелия. Как известно, растения усваивают менее одного процента падающего на них света, но исследования показывают, что эффективность фотосинтеза можно многократно увеличить. Это привело бы к значительному повышению урожайности и, кроме того, способствовало бы развитию «зеленой энергетики» (использованию биомассы в качестве топлива).

Зеленые растения продолжают оставаться основой существования человечества. Однако в земледелии проблема, заключается не только в получении высокого урожая, но и в его сохранности и наиболее рациональном использовании.

В голодный послевоенный 1945 г. Нобелевская премия по химии была присуждена финскому биохимику Арттури Илмари Виртанену за разработанный им эффективный метод консервирования и хранения зеленых кормов. Этот метод давал возможность в несколько раз увеличить производство кормов, особенно в северных странах.

Виртанен начал заниматься данной проблемой еще в 20-е годы, когда, будучи молодым ученым, проходил стажировку в Мюнхене. Там он познакомился с исследованиями Г. Вигнера, касающимися потери питательных веществ при консервации зеленой массы. Оказалось, что эти потери значительны — составляют до 50% содержания белков и витаминов. Потеря ценных питательных веществ происходит при сушке сена и складировании зеленой массы, когда в них начинают происходить нежелательные биохимические процессы.

В результате экспериментов Виртанен разработал в 1928 г. простой метод консервации свежескошенных трав путем добавления соляной и серной кислот. Это приводило к почти полному прекращению процессов окисления в растительной массе и связанному с ними распаду питательных веществ. Прекращались и всякого рода ферментационные процессы, вызываемые микроорганизмами. Чтобы обеспечить почти 100-процентное сохранение белков и витаминов, необходимо было только строго соблюдать установленную дозировку кислот.

Метод Виртанена имел еще одно преимущество: скошенную зеленую массу можно было сразу же убирать с поля. В северных странах сено сохнет довольно медленно, нередко подвергаясь при этом пагубному воздействию дождей. Кроме того, оно долго занимает площадь, предназначенную для других сельскохозяйственных культур. Быстрая уборка зеленой массы позволила получать ежегодно по два-три урожая высококачественных кормов. Эта технология нашла широкое применение в 30-е годы и дала возможность ряду стран удовлетворить потребности животноводства в фураже без импорта его из других стран [21] . Во время войны, когда международная торговля практически прекратилась, это стало жизненно важным. И не удивительно, что Виртанен стал первым послевоенным лауреатом Нобелевской премии по химии. Он один из нескольких лауреатов этой премии, открытия которых непосредственно способствовали решению продовольственной проблемы человечества.

В начале нынешнего столетия шведский исследователь Магнус Блике, используя термоэлектрический эффект, создал прецизионную аппаратуру для измерения количества тепла, выделяемого живым организмом. Позднее она была усовершенствована английским ученым Арчибалдом Вивиеиом Хиллом из Кембриджского университета. Его термогальванометр измерял изменения в температуре порядка 1/ 1000oC за сотую долю секунды. С помощью этого прибора удалось открыть интересные биохимические процессы, происходящие при сокращении мышц.