Нобелевские лауреаты: Эндрю Хаксли

Сэр Эндрю Филдинг Хаксли

Родился 22 ноября 1917 года, Лондон, Великобритания

Умер 30 мая 2012 года, Лондон, Великобритания

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1963 года (1/3 премии, совместно с Аланом Ходжкином и Джоном Экклсом). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток (for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane)».

В выпуске про Ходжкина мы упомянули о его необычайно интеллектуальной «крови». Однако наш нынешний герой в этом своего коллегу значительно переплюнул.

Посудите сами. Отец — школьный учитель и писатель Леонард Хаксли, дед — знаменитый зоолог, известный своей ярой защитой эволюционной теории Чарльза Дарвина Томас Хаксли (за свои пламенные дискуссии он даже поймал прозвище «бульдог Дарвина»). Интересно, что почти все дети Томаса (трое сыновей и четыре дочери) также добились в жизни неплохих результатов — младший брат Леонарда стал толковым врачом общей практики, одна из дочерей обнаружила в себе талант художника, а их с инженером — строителем железных дорог Альфредом Эккерслеем сыновья стояли у истоков радио.

От предыдущего брака отца Эндрю получил в сводные братья Олдоса Хаксли, известного миру по коллекции острых новелл и антиутопии «О дивный новый мир», а также Джулиана Хаксли — автора синтетической теории эволюции и первого генерального директора, по сути — основателя ЮНЕСКО и создателя WWF.

С юных лет Эндрю, младший из сыновей от второго брака Леонарда с Розалиндой Брюс, горел интересом к различного вида механизмам. Мудрые родители видели пыл ребенка и подкрепили его, подарив мальчику на 14 лет токарный станок. Как потом оказалось — совсем не зря, ведь первые неловкие опыты уже вскоре вылились в сборку двигателя внутреннего сгорания, а в дальнейшем умение собирать подсобное оборудование своими руками сильно помогло Хаксли в его научной работе. Совершенствованию навыков в обработке дерева и металла способствовала Розалинда, очень умелая в рукоделии и резьбе по дереву.

В школе Университетского колледжа Лондона и Вестминстерской школе были все возможности для того, чтобы получить внушительный багаж знаний. Эндрю был так успешен, что выиграл стипендию в Тринити-колледж в Кембридже, куда и поступил в 1935 году. У него даже не было сомнения, чем он будет заниматься — физика и математика манили, а сам он мечтал стать инженером. Однако, как это обычно водится, свою роль сыграл случай.

Первые два года образования предполагали, что студент будет заниматься не только основными дисциплинами, но и возьмет элективный курс. Из всего предложенного по душе Эндрю пришлась лишь физиология. Он прекрасно помнил чаяния своего деда, Томаса Хаксли, который тоже в свое время мечтал быть инженером-механиком, но увлекся физиологией и уже не смог от нее оторваться. Удивительно, как бывают схожи судьбы родных. С Эндрю приключилась та же история — физиология увлекла его с головой, не оставив физике шансов. Хотя он не раз впоследствии пользовался ее услугами.

«Мой последующий интерес к физиологии точно описывается фразой "машиностроение живых машин", и существенной частью моей работы было проектирование и конструирование инструментов, необходимых для моих исследований», — писал Хаксли в своей автобиографии.

Два следующих года — 1937 и 1938 — Эндрю занимался анатомией, даже намереваясь получить медицинскую степень. Однако на последнем курсе он встретил Ходжкина, который к тому моменту уже вернулся из США, полный знаний и желания изучать электрические свойства мембран нервных клеток и принцип прохождения по ним электрического импульса. Алан настолько воодушевляюще рассказывал о своих планах, что Хаксли, на тот момент увлеченный нервной системой с подачи лауреата Нобелевской премии по физиологии или медицине 1932 года Эдгара Дугласа Эдриана, принял решение присоединиться к нему.

Ходжкин уже понимал, аксон какого живого существа может дать им максимум информации. Он представлял дизайн исследования, но эксперименты были слишком сложными технически — ему не хватало физического инструментария, сборкой которого как раз в совершенстве владел Хаксли. Вместе они отправились в лабораторию Морской биологической ассоциации в Плимуте и в течение нескольких месяцев занимались опытами на гигантских аксонах прибрежного кальмара Doryteuthis pealeii, составлявших почти миллиметр в диаметре — на порядки раз больше, чем у мыши или человека. Для этого Хаксли даже придумал и смастерил voltage clamp — некое подобие (очень раннее) инструмента, который сейчас носит название patch-clamp, или метода локальной фиксации потенциала. Впоследствии за его изобретение в 1991 году даже дадут Нобелевскую премию по физике.

Смысл метода заключался в том, чтобы изолировать участок мембраны клетки и постараться записать токи ионов, проходящие сквозь него, причем не только в покое, но и при возбуждении нейрона, что было очень сложно, ведь оно длилось всего несколько секунд. Тем не менее это осуществить получилось.

Однако после публикации промежуточных результатов — скорее, даже методологии эксперимента — в журнале Nature в 1939 году ученым пришлось на некоторое время расстаться и забросить свои научные экзерсисы. Надвигалась Вторая мировая война, и крепкие технические умы понадобились на фронте. Хаксли рекрутировало британское зенитное командование, там он работал над радарным управлением зенитными орудиями. Позже его перевели в Адмиралтейство для работы с военно-морской артиллерией.

Продолжить изучение нейронов удалось только в 1946 году. В течение шести последующих лет исследование трех физиологов (к ним присоединился Бернард Кац, тоже ставший лауреатом Нобелевской премии, но в 1970 году) разрешило загадку, берущую свое начало еще в 1771 году, когда Луиджи Гальвани воздействовал на лапку мертвой лягушки электричеством, заставляя ее дергаться. Уникальность работы проявлялась еще и в том, что выводы, которые сделали Ходжкин и Хаксли, были чисто теоретическими, основанными на измерениях.

Они предположили, что для генерации потенциала действия электрически заряженные атомы, называемые ионами, должны перемещаться через шарнирные ворота (каналы) в клеточной мембране. При этом мембрана изнутри и снаружи должна быть заряжена по-разному — и из-за разницы этих потенциалов, по их мнению, как раз рождался ионный ток. Причем более тяжелые и крупные ионы натрия могли войти в аксон через предназначенные для них ворота только тогда, когда разница потенциалов уменьшалась до определенного порога.

Как только порог достигался, одновременно открывались все ворота для натрия, он устремлялся внутрь клетки, и заряд мембраны резко менялся на противоположный. Затем баланс снова так же быстро восстанавливался, а ионы натрия удалялись через специальный ионный насос, работающий на энергии клетки. Одновременно с ними тем же насосом в клетку закачивались «убежавшие» из нее во время электрического импульса ионы калия.

Ни один прибор в то время не был способен обнаружить ионные ворота. Поэтому в качестве проверки своих объяснений ученые разработали ряд дифференциальных уравнений, чтобы увидеть, могут ли законы физики предсказать изменения напряжения на мембране, которые они наблюдали в своих экспериментах с кальмарами. И тут математический гений Хаксли безупречно сыграл свою партию.

«EDSAC I, первый электронный компьютер в Кембридже (и один из первых в мире), не был доступен в то время, потому что его модернизировали, поэтому я делал вычисления вручную», — писал исследователь в автобиографии. Российский биофизик Андрей Цатурян, который лично с ним общался, рассказал авторам этого текста, что, по словам Хаксли, очередь на компьютер выстроилась на многие месяцы. Ходжкин согласился подождать, а вот конкретно Хаксли так сильно горел желанием проверить свои умозаключения, что приступил к вычислениям вручную, при помощи арифмометра. «Конечный результат был удовлетворительно похож на потенциалы действия, зарегистрированные на реальных волокнах», — заключал ученый.

Серию статей, в последней из которых была полностью описана модель Ходжкина — Хаксли, ученые опубликовали в 1952 году. Их ионная гипотеза, существенно не изменившаяся и по сей день, помогла решить один из ведущих вопросов нейронауки того времени. Она объясняла ошеломляющие эффекты анестетиков, которые блокируют ионные каналы, и дала старт созданию устройств, которые используют нейронное электричество для работы протезов конечностей. Их исследование также привело к идентификации целой группы генетических заболеваний — каналопатий, которые развиваются из-за дефектов в ионных «воротах».

На этом Хаксли не остановился. С 1946 по 1951 год, во время основной работы в сотрудничестве с Ходжкиным, он начал трудиться над миелиновыми нервными волокнами. А после завершения работы над моделью в 1952 году он обратил свой научный взор на сокращение мышц и даже разработал интерференционный микроскоп для изучения рисунка исчерченности в изолированных мышечных волокнах. Этим направлением он занимался до конца жизни. Кроме того, он также разработал микротом для секций электронного микроскопа и микроманипулятор.

В 1980 году он продолжил знаменитую традицию, по которой выдающиеся «нейронобелиаты» возглавляли Королевское научное общество. Мы уже писали о том, что сэр Чарльз Шеррингтон был 44-м президентом (1920–1925), сэр Генри Дейл — 48-м (1940–1945), Эдгар Дуглас Эдриан, первый барон Эдриан, — 50-м, сэр Алан Ходжкин, ученик Эдриана, — 54-м (1970–1975). Сэр Эндрю Филдинг Хаксли стал 56-м Президентом старейшего научного общества мира.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.