Биология

Нобелевские лауреаты: Алан Ходжкин

Премия за кальмара

Британский нейрофизиолог и биофизик Алан Ходжкин

Bern Schwartz/National Portrait Gallery

О том, что общего между автоматической турелью бомбардировщика и нейрона, о традиции занимать пост Президента Королевского общества и о том, почему высшую научную награду предложили вручить головоногому моллюску, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Тому, кто пишет об Алане Ходжкине, повезло: во-первых, сам сэр Алан оставил после себя воспоминания «Шанс и замысел: реминисценции о науке в мире и войне», которые начал рассказом о том, как он с коллегами создавал авиационный радар, а во-вторых, прекрасную биографию о нем как о члене Королевского общества написал его верный друг и соратник, разделивший с Ходжкином Нобелевскую премию и переживший его на четырнадцать лет, сэр Эндрю Хаксли.

Сэр Алан Ллойд Ходжкин

Родился 5 февраля 1914 года, Банбери, Великобритания

Умер 20 декабря 1998 года, Кембридж, Великобритания

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1963 года (1/3 премии, совместно с Эндрю Филдингом Хаксли 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)».

Кстати, мало кто знает, что великий кристаллограф Дороти Кроуфут-Ходжкин, получившая Нобелевскую премию по химии через год после Нобелевки Алана Ходжкина, и о которой мы вскоре напишем, тоже имеет к нему отношение. Она была женой двоюродного брата Алана, коммуниста и марксистского историка Африки, Томаса Лионеля Ходжкина. Вспоминая Коровьева-Фагота, вслед за ним скажем: как причудливо тасуется колода!

Дороти Кроуфут-Ходжкин

Этого мало: коллеги автора статьи в момент заявления очередного героя рубрики в один голос спросили: «Ходжкин? Это тот, которого лимфома?» Действительно, в онкологии хорошо и печально известна лимфома Ходжкина. И она тоже имеет опосредованное отношение к герою нашего материала: патолог Томас Ходжкин, описавший это заболевание, приходится Алану Ходжкину двоюродным прадедом. Другой Томас Ходжкин, историк средневековья, был дедом нашего героя, а пионер метеорологии Люк Говард, описавший классы облаков, был сэру Алану прапрадедом. Такое вот научное фамильное древо у нашего героя. «Кровь!» – как говаривал Воланд.

Томас Ходжкин

Wikimedia Commons

Кроме крови, сыну инженера Джорджа Ходжкина, умершего в 1918 году в Багдаде от дизентерии, и Мэри Ходжкин, очень повезло с учителями – уже в сознательном научном возрасте. Он мечтал стать орнитологом, но в Кембридже его заинтересовали физиологией нервных клеток. Еще бы не заинтересоваться, если твоим учителем в Тринити-колледже будет великий Эдгар Дуглас Эдриан, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине 1932 года «за открытия, касающиеся функций нервных клеток».

Уже тогда всех интересовал вопрос, как распространяется сигнал по нервным клеткам. То, что дело в электричестве, было понятно как минимум со времен Луиджи Гальвани, как максимум – с 4 августа 1875 года, когда Ричард Катон сделал доклад об электрической активности мозга. Но что происходит в нервной клетке, когда по ней проходит импульс?

Впрочем, еще до Катона, в 1868 году, Юлиус Бернштейн, пионер экспериментальной нейрофизиологии, при помощи оригинального устройства, названного реотомом («разрезателем времени»), впервые в истории сумел более-менее достоверно измерить скорость распространения нервного импульса по нервному волокну лягушачьей лапки. Через полвека, в 1902 году, именно Бернштейн сформулировал мембранную теорию нервного импульса.

Реотом

Wikimedia Commons

Он предположил, что нервный импульс является неким потенциалом действия – проницаемость мембраны нервной клетки при этом временно изменяется – и ионы с обеих ее сторон приходят в контакт друг с другом и нейтрализуют потенциал покоя мембраны. Когда мембрана приходит в исходное состояние, восстанавливается и исходный потенциал покоя: небольшая разница потенциалов между наружной поверхностью и внутренним пространством клетки.

Юлиус Бернштейн

Wikimedia Commons

Ходжкин решил заняться экспериментальным исследованием потенциала действия. Эдриан посоветовал ему использовать аксоны нервных волокон краба Carcinus maenas. Они прочные и сравнительно толстые – треть миллиметра в диаметре.

В 1936 году Ходжкин стал стипендиатом Тринити-колледжа. Его руководителем стал еще один нобелевский лауреат – Арчибальд Хилл, который прислал работу Ходжкина другому будущему «нейронобелиату» – Герберту Гассеру. Гассер пригласил Ходжкина к себе в Рокфеллеровский институт в гости. Попутно Ходжкин заглянул в Океанографический институт в Массачусетсе, где использовали немного другие объекты для изучения потенциала действия.

«Коле и Куртис разработали метод, позволяющий измерять изменения электрической проводимости мембраны во время прохождения импульса, – писал биолог, – при анализе их эксперименты показали, что в мембране происходит значительное увеличение проводимости, которое по времени совпадает с электрическими изменениями».

Именно аксоны кальмара, которые имеют в толщину около миллиметра (это втрое толще аксонов краба, не говоря уже об аксонах человека, например, или мыши), и позволили совершить революцию в нейробиологии.

«Можно утверждать, что введение Юнгом в 1936 году препарата аксона кальмара имело для науки об аксоне большее значение, чем какое-либо другое открытие, сделанное за последние 40 лет. Один выдающийся нейрофизиолог заметил недавно во время ужина на одном из конгрессов (не самым тактичным образом, должен признать): "Если честно, Нобелевскую премию нужно было присвоить кальмару"», – вспоминал позже Ходжкин.

Эндрю Хаксли

Wikimedia Commons

В 1938 году Ходжкин вернулся в Кембридж, взял себе в сообщники студента последнего курса Эндрю Хаксли внука знаменитого зоолога и популяризатора науки Томаса Гексли – фамилию Huxley по-русски в XIX веке было принято писать именно так – и сводного брата писателя Олдоса Хаксли («О дивный новый мир») и первого директора ЮНЕСКО и основателя WWF Джулиана Хаксли и отправился на берег Атлантики – потрошить кальмаров. Они смогли разработать технику, благодаря которой один электрод размещался на поверхности мембраны аксона, а другой помещался внутрь.

«К нашему удивлению, было обнаружено, что потенциал действия часто оказывался значительно больше, чем потенциал покоя», – вспоминал Ходжкин. Молодые исследователи установили, что в отличие от предсказания Бернштейна потенциал действия не только нейтрализовал (или деполяризовал) потенциал покоя, но и значительно его превышал.

Потенциал действия, анимация

Wikimedia Commons

Впрочем, завершить работу им помешала война. Как и многих ученых, Ходжкина «реквизировали» военные. Из глубин моря и тайн нервной системы Ходжкин отправился мыслями в воздух: он разрабатывал радары, а также стрелковые установки на британских бомбардировщиках (AGLT), управляемые радаром, которые позволяли стрелять по истребителям в полной темноте. И вполне успешно.

AGLT

Wikimedia Commons

После войны Ходжкин и Хаксли вернулись к исследованиям. Об интересной коллизии, которая позволила построить им исчерпывающую математическую и биофизическую модель потенциала действия, мы расскажем в главе о более молодом соавторе через неделю, а пока что скажем, что в 1952 году вышла серия из пяти статей, которая действительно перевернула нейробиологию. До сих пор модель Ходжкина – Хаксли остается основной в науке о мозге и нервной системе. Именно это привело соавторов к Нобелевской премии 1963 года.

Потенциал действия: модель и реальный

Wikimedia Commons

Ходжкин прожил после премии еще треть века. В 1944 году он женился на американке Мэрион Роус (интересно, что через три года после Нобелевки ее супруга ее отец, вирусолог Фрэнсис Пейтон Роус, тоже получит Нобелевскую премию – за открытие онкогенных вирусов). Сама же Мэрион стала очень успешным редактором детских книг и их автором. Среди трех дочерей и одного сына Ходжкинов тоже нашлись хорошие ученые – Дебора Ходжкин стала психологом, а Джонатан Ходжкин – молекулярным биологом.

Сам же Ходжкин уже после Нобелевской премии продолжил традицию всех самых крутых британских исследователей нейронов – как и его предшественники Чарльз Шеррингтон, Генри Дейл и Эдгар Эдриан, он на пять лет занял пост 56-го Президента Королевского научного общества. Очередь была за Эндрю Хаксли, о котором мы расскажем вам через неделю.

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.