周防国吉敷郡吉敷村（現山口県山口市吉敷赤田大形）に生まれる。父は長州藩士沢山源之丞。父源之丞は吉敷毛利家の毛利元一に仕える下級武士であった。同郷に先輩に内務大臣内海豪助がいる。1858年に憲章館に入学し、四書五経の漢学、書道、武術、礼式などを学ぶ。同輩が服部一三で、6年後輩が成瀬仁蔵である。1867年(慶応3年)まで憲章館で学ぶ。
1927年6月には党中央委の指令によって極東に送られ、アナスタス・ミコヤンによってカムチャツカ合資会社 (ru) 社長に据えられた。1929年に極東を離れ、翌1930年にはモスクワへ移って「ソビエト連邦フラドツェントル」合資会社社長に就き、1年半の間白ロシアとウクライナでの道路建設を指導した。同時に1930年からは食肉産業研究所所長、同年から翌1931年4月までは『ホロディリノエ・デーロ』誌編集者も務めた。1932年末には連邦人民委員会議附属北極海航路大部中央企画経済部部長に任命されたが、1937年前半の「トロツキー＝ジノヴィエフ・ブロック」の一斉検挙によって北極海航路大部の要人もほぼ全員逮捕され、ナツァレヌスも部長在職中の7月5日に逮捕された。そして、連邦最高裁軍事参議会によって反革命的テロ組織への参加を理由に翌1938年1月8日に死刑判決を下され、同日銃殺された。その後、1956年6月に名誉回復がなされた。
1921年5月31日から（正式には6月28日から）翌1922年1月5日までは革命最中のトルコでロシア共和国大使を務め、ムスタファ・ケマルとも面会してその新政権への支持を国際社会へ表明。トルコとの国境を画定したカルス条約の作成にも関わった。1922年から翌1923年まではモスクワでロシア共和国鉄道輸送人民委員部 (ru) 河川輸送部部長、義勇艦隊議長およびロシア登録委員会議長に就き、1924年から1926年までは駐ポーランド・ソビエト連邦通商代表を務めた。その他にも連邦対外貿易人民委員部員としてイギリス、フランス、ドイツ、フィンランド、ラトビア、中国で活動している。
1882年（または翌年）、ロシア帝国サラトフ県サラトフで、「レイネケ兄弟貿易館」製粉所に務める父の元に三男として生まれた。家系は東プロイセン出身のバルト・ドイツ人。ナツァレヌスは早くに父を亡くし、母は病院で働いて5人の子供を養った。ナツァレヌスは市立学校からアレクサンドロフスコエの救貧実科学校に進み、卒業後は帝立モスクワ高等技術学校の入学試験にも合格していたが、1904年にロシア社会民主労働党に入党して地下活動に参加したために、入学を拒否された。サラトフに戻った後はグサコフとポルボヤリノフの公証人として働いていたが、サラトフ、ペンザ県とモスクワで再び革命運動に関わった。1908年7月には地下出版物の輸送・配布によって逮捕され、翌1909年3月には2年の懲役刑と公務員としての地位剥奪刑を受けた。第一次世界大戦勃発に伴い、党サラトフ委員会で『ナーシャ・ガゼータ』紙の編集を主導し、翌1915年3月には内務省によってイルクーツク県へ流刑に処された。しかし二月革命によって解放され、同年4月からボリシェヴィキのモスクワ州局メンバーとなった。11月11日（ユリウス暦10月29日）から12月12日まではコストロマ軍事革命委員会議長を務め、同地最初のボリシェヴィキ系統治者となった（実際には秋からモスクワへ移り、同地の党局とソビエトで活動していた）。
QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics) 法は、正確な量子力学的手法 (QM) と高速な分子力学法 (MM) の各々の長所を組み合わせた計算化学の手法である。本手法によって、溶液やタンパク質における化学過程のような、大規模な系の取り扱いが可能になった。QM/MM法は1976年にウォーシェルとレビットの論文中で初めて発表された。ウォーシェルとレビットはカープラスと共に、「複雑な化学系のためのマルチスケールモデルの開発」という受賞理由で、2013年にノーベル化学賞を受賞した。QM/MM法の大きな長所は効率が良いことである。ほとんどの素朴な分子力学法 (MM) の計算コストはO(N²) に比例する（ここでNは系の原子数を表す）。これは主に静電相互作用の項によるものである。 しかし、カットオフ半径、 周期系におけるペアリストの更新、粒子メッシュエバルト (PME) 法といった各手法を導入することで、計算量はO(N) からO(N²) 程度に削減できる。 換言すると、系の原子数を倍にしても、その計算時間は2倍から4倍程度に収まることを意味する。 一方で、単純な第一原理計算の計算コストはO(N³) に比例し、更に大きい場合もある（制限ハートリー＝フォック計算はO(N2.7)にスケールするとされてきた）。ここで、Nは基底関数の数を表し、 各原子は最低でも電子数個の基底関数を必要とする。 上述の計算量の限界を克服するため、関心のある小規模な部分系 (酵素の活性部位など) のみを量子力学的手法 (QM)により取り扱い、周囲を古典的に取り扱う。