Биология

Нобелевские лауреаты: Холден Кеффер Хартлайн

Обратная сторона сетчатки

Американский физиолог и нейробиолог Холден Хартлайн

The Nobel Foundation/Graffe et al./Liz Segre/Flickr/Indicator.Ru

Какими должны быть транспаранты в школах, чем подходит для экспериментов со зрением краб-подкова (а также кто это на самом деле) и где начинается «нейронный фотошоп» — в новом выпуске рубрики «Как получить Нобелевку».

Продолжим рассказ о «зрительной» премии по физиологии или медицине. Если наш первый герой родился в Российской империи, работал в независимой Финляндии, а затем переехал в Швецию, то два остальных лауреата были коренными американцами. Начнем же рассказ о них по старшинству, и поэтому первым нашим героем станет уроженец Пенсильвании.

Холден Кеффер Хартлайн

Родился: 22 декабря 1903 года, Блумсберг, Пенсильвания, США

Умер: 17 марта 1983 года, Фоллстон, Мэриленд, США

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1967 года (1/3 премии, совместно с Рагнаром Гранитом и Джорджем Уолдом). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами, происходящими в глазу (for their discoveries concerning the primary physiological and chemical visual processes in the eye)».

Родители Холдена Хартлайна были школьными учителями и выходцами из немецкой общины Пенсильвании. Отец, Дэниел Шолленберг Хартлайн, преподавал биологию, а мать, Гарриет Франклин Кеффер, — английский язык. Кроме того, будучи дочкой профессионального скрипача, она неплохо играла на скрипке и участвовала в школьном оркестре. Именно родители передали ребенку интерес к живой природе. У Гарриет было еще одно хобби, садоводство, а кроме того будущая мать нобелевского лауреата прекрасно разбиралась в ботанике вообще. Кстати, именно в честь матери Хартлайн и получил свое второе имя Кеффер, которым его обычно и звали близкие друзья.

Отец же вообще был полноценным «полевым» натуралистом. Да и школа способствовала дальнейшему выбору: в кабинете школьного учителя висел транспарант Study Nature, not books.

Хартлайн окончил Колледж Лафайетт в Истоне (перед этим проведя шесть месяцев на курсах анатомии человека в Колд-Спринг-Харбор, куда заслал его отец) и уже в возрасте 20 лет поступил в медицинскую школу Университета Джонса Хопкинса, где занялся изучением электрических свойств нервной системы вообще и той ее части, что отвечает за зрение.

Между выпуском из колледжа и поступлением в университет Хартлайн провел лето на морской биологической станции в Вудсхолле и показал собранные данные знаменитому биологу Жаку Лебу. Тот пришел в восторг и предложил опубликоваться в Journal of General Physiology. Так началась научная карьера Хартлайна. Первым научным инструментом Кеффера в университете стал струнный гальванометр, который подарил ему физиолог Чарльз Снайдер, — но тот был сломан. Хартлайн заменил на нем струны и принялся за работу.

Жак Леб

Wikimedia Commons

В том же году, в котором Хартлайн получил степень MD, то бишь доктора медицины, позволявшую открывать свою практику и вообще лечить, Эдгар Дуглас Эдриан зарегистрировал нервный импульс зрительного нерва. Прочитав его работу, Хартлайн понял, что ему не хватает знаний по физике, чтобы серьезно заниматься биофизикой и электрофизиологией. Поэтому он сначала два года отучился на физическом факультете Джонса Хопкинса, а затем отправился в Европу и отучился по стипендии Элдриджа Ривса Джонсона в Лейпциге у самого Вернера Гейзенберга.

Вернувшись в США в 1931 году, он получил позицию в Джонсоновском институте медицинской физики Пенсильванского университета в Филадельфии, где начал изучать электрические импульсы отдельных зрительных элементов. Примерно то же, что и Рагнар Гранит. Но модельное животное он выбрал совсем другое. И с ним в русскоязычной литературе существует путаница. Во многих книжках пишут, что Хартлайн изучал сетчатку краба. Но на самом деле «американский краб-подкова», то есть American horseshoe crab, или Limulus polyphemus, гораздо ближе эволюционно к паукам, клещам и скорпионам и относится к отряду мечехвостов.

Limulus polyphemus в аквариуме

Andrea Warnecke/dpa Themendienst/picture alliance

Позже Хартлайн говорил, что он очень удачно выбрал животное для экспериментов: зрительный анализатор мечехвоста состоит из пучков рецепторных клеток, расположенных в сложных фасеточных глазах, которые связаны с мозгом длинными зрительными нервами, и их можно разделить на тонкие пучки, а затем на отдельные аксоны.

Впрочем, отработав технику на мечехвосте, волокна зрительных нервов которых одинаково реагировали на свет, а сигнал их отражал интенсивность воздействия света на рецептор, в конце 1930-х Хартлайн занялся позвоночными. И тут стало совсем интересно.

Оказалось, что зрительные волокна позвоночных проводят от сетчатки совсем разные сигналы. Одни волокна зрительного нерва лягушки отвечали только на уменьшение силы света, другие — на ее увеличение, а третьи — на наличие света или его отсутствие. Примерно в это время или чуть раньше Хартлайн познакомился с Гранитом, и они начали обсуждать, что происходит в сетчатке в момент, когда на нее падает свет. Но если Гранит основной упор сделал на рецепторы, показав, что у нас есть три типа колбочек для трех цветов, то Хартлайн обратил внимание на особый вид клеток, который соединен с палочками и колбочками особыми нейронами — биполярными. Речь идет о ганглионарных клетках сетчатки. Он смог показать, что уже в них происходит первичная обработка зрительной информации, которая потом поступает в зрительную кору мозга.

«Очевидно, что подавляющее большинство сложнейших процессов происходит в тонком слое нервной ткани, образующей сетчатку», — писал будущий нобелевский лауреат. Фактически уже в ней начинается тот «нейронный фотошоп», который производит усиление не очень совершенного изображения, поступающего в глаз. Так Хартлайн первым начал распутывать сложнейшую систему обработки сигнала, в которую вовлечено множество типов клеток сетчатки и в которой исследователи не разобрались до сих пор.

Естественной была и Нобелевская премия 1967 года. Карл Густаф Бернхард из Каролинского института, представляя лауреата, отметил, что статьи Хартлайна «дали нам основное представление об импульсном кодировании в зрительных рецепторах и возможность познакомиться с общими принципами получения информации в нейрональных сетях, которые обеспечивают чувствительные функции. В отношении зрения эти принципы жизненно важны для понимания механизмов восприятия яркости, формы и движения».

Нужно сказать, что Хартлайн не был ученым все 24 часа в сутки. Он любил жизнь во всех ее проявлениях: любил жену Элизабет, троих сыновей, которые тоже стали биологами, ходил в горы, пилотировал спортивный самолет — и умер, не дожив до 80 лет несколько месяцев, так, как и жил, быстро, от сердечного приступа. А обязательную для всех членов Королевского общества (в том числе и иностранных, как Хартлайн) биографию-некролог для него написал его друг и коллега, нобелевский лауреат по физиологии или медицине 1967 года Рагнар Гранит.

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.