Андру Хакслі

Фотографія Андру Хакслі (photo Andru Huxley)

Andru Huxley

  • День народження: 22.11.1917 року
  • Вік: 94 року
  • Місце народження: Лондон, Великобританія
  • Дата смерті: 30.05.2012 року
  • Громадянство: Великобританія
  • Оригінальне ім’я: Ендрю Філдінг Хакслі
  • Original name: Andrew Fielding Huxley

Біографія

Англійський фізіолог Андру Филлинг Хакслі народився в лондонському районі Хэмпстид в сім’ї Леонарда Хакслі, вчителі класичної літератури і письменника. Його дід, Томас Генрі Гекслі, був вченим і письменником XIX ст., чиї роботи пропагували вчення Дарвіна про природний добір. Х., молодший із двох братів від другого шлюбу батька з Розаліндою Брюс, був зведеним братом новеліста Олдаса Хакслі і біолога Джуліана С. Хакслі.

Він навчався у коледжі при Лондонському університеті та у Вестмінстерській школі, де проявив виражену схильність до фізики і техніки, якими він мав намір і далі займатися, вступивши в 1935 р. в Трініті-коледж у Кембриджі. Однак, пройшовши курс з фізіології, він у 1937 р. перейшов до медичної програмі і двома роками пізніше став дослідником-асистентом у Алана Ходжкіна в морській біологічній лабораторії в Плімуті.

В цей час Ходжкін вивчає передачу електричних імпульсів по аксонах (відростках нейронів). На початку XX ст. Джуліус Бернштейн, грунтуючись на роботі Луїджі Гальвані і Вальтера Нернста, припустив, що нестимулированные нервові клітини несуть на собі потенціали спокою (різниця електричних потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями клітки в спокої), який зумовлений неоднаковим розподілом іонів (заряджених частинок) в клітинній мембрані. Концентрація позитивно заряджених іонів натрію на внутрішній поверхні мембрани нижче, ніж на зовнішній; для позитивно заряджених іонів калію характерна зворотна ситуація. Багато хто з великих молекул органічних речовин всередині клітини заряджені негативно. Пори в мембрані пропускають через неї іони калію, але іони натрію і іони органічних речовин, які значно більші, не можуть проходити через мембрану клітини. Потенціал спокою виникає тенденції позитивно заряджених іонів калію переміщатися з області, де їх концентрація висока (всередині клітини), в область з їх меншою концентрацією (зовні клітини).

Бернштейн припустив, що нервовий імпульс являє собою потенціал дії. Коли проникність мембрани тимчасово змінюється, іони з обох боків приходять у контакт і нейтралізують потенціал спокою; потім проникність мембрани відновлюється, при цьому відновлюється вихідний потенціал спокою. Для перевірки теорії Бренштейна Ходжкін і Х. занурили мікроскопічні електроди в поодинокі ізольовані аксони кальмара і виміряли відносні величини потенціалів спокою та дії. На свій подив, вони виявили, що зміна різниці потенціалів мембрани під час потенціалу дії фактично про

здавалося значно більшим, ніж потрібно для зникнення потенціалу спокою. Потенціал дії не просто наводив різниця потенціалів клітинної мембрани до нульової позначки, але фактично перевищував потенціал спокою і змінював напрямок різниці потенціалів між внутрішньою і зовнішньою поверхнями мембрани клітини.

З початком другої світової війни Х. і Ходжкін залишили свої дослідження, і з 1940 по 1942 р. Х. проводив експерименти для командування ППО, а з 1942 по 1945 р. – аналогічну роботу для військово-морського міністерства. Після війни він стає асистентом професора в фізіологічному відділі Трініті-коледжу та за підтримки Дослідницького товариства Трініті, який виділив йому стипендію у 1941 р., продовжує свою роботу з Ходжкином по вивченню передачі нервових імпульсів.

Результати досліджень Ходжкіна і Х., опубліковані в 1954 р., спростували теорію Бернштейна, показавши, що потенціал дії не може бути викликаний переміщенням тільки іонів калію: у цей процес повинен бути залучений і інший іон, щоб потенціал дії перевищував обумовлений іоном калію потенціал спокою. З різних іонів, які Х. і Ходжкін розглядали на цю роль, найбільш вірогідним їм представлявся іон натрію. Вони припустили, що клітинна мембрана містить чутливі до різниці потенціалів натрієві канали, або проходи, які залишаються закритими під час потенціалу спокою і відкриваються при деполяризації аксона. Коли канали відкриті, іони натрію спрямовуються з області з відносно високою концентрацією (зовнішня поверхня мембрани аксона) до області з відносно низькою концентрацією (внутрішня поверхня мембрани аксона), що призводить до тимчасового позитивного потенціалу на внутрішній поверхні мембрани аксона. Якщо їхня гіпотеза про участь натрію правильна, величина потенціалу дії (але не потенціалу спокою) повинна строго залежати від концентрації натрію поза клітини. Перевіривши це припущення, Ходжкін і Бернард Кац у 1947 р. показали, що вони можуть фактично змінювати або усувати потенціал дії, впливаючи на концентрацію натрію поза клітини.

Х., Ходжкін і Кац почали вивчати іонний

транспорт через мембрану аксона при різних електричних умовах. Використовуючи вольтметр, систему для підтримки мембранного потенціалу на встановлених рівнях в період спостереження за потоком іонів, вони простежили переміщення різних іонів за допомогою радіоактивних ізотопів і зміни концентрації іонів. Дослідження були проведені на гігантських аксонах кальмарів, які досить великі (до міліметра в діаметрі) для того, щоб ввести електрод в мембрану, і досить міцні, щоб витримати без пошкодження мембрани заміщення внутрішньої рідини різними комбінаціями іонів.

Результати цих експериментів дозволили дослідникам сконструювати математичну модель потенціалу дії. Х. виконав численні розрахунки на ручному арифмометрі; пізніше більш складні і точні розрахунки були отримані за допомогою перших цифрових обчислювальних машин (комп’ютерів). Згідно моделі, яку вчені описали в ряді статей у 1952 р., потенціал дії в аксоне кальмара виникає при деполяризації мембрани до якогось порогового рівня. Деполяризація відкриває натрієві канали-йони натрію, що спрямовуються усередину аксона, і внутрішня поверхня мембрани на короткий час стає зарядженої позитивно. Тоді чутливі до зміни різниці потенціалів калієві канали відкриваються, хоч і більш повільно, ніж натрієві, а останні з часом закриваються. Іони калію спрямовуються з аксона, і внутрішня поверхня мембрани аксона поступово стає негативно зарядженої порівняно з зовнішньою поверхнею. Протягом короткого рефракторного періоду мембрана гиперполяризуется (набуває більш негативний потенціал, ніж зазвичай), оскільки вихід калію перевищує потенціал спокою. Потім потенціал спокою відновлюється за рахунок натрій-калієвого насоса, який використовує енергію клітини для переміщення іонів калію всередину клітини, а іонів натрію з клітини, і таким чином підтримується рівновага потенціалу спокою. Модель Х. і Ходжкіна була видатною, оскільки біохімічні методи для вивчення компонентів мембрани (каналів і насоса) не були розроблені до 80-х рр ..

Після створення математичної моделі потенціалу дії Х. почав цікавитися механізмом м’язового скорочення, чому сприяла його дружба з Арчибалдом Ст. Хіллом. У спільній роботі Х. сконструював новий тип інтерференційної світлової мікроскопії для вивчення ізольованих м’язових волокон.

«За відкриття, що стосуються іонних механізмів збудження і гальмування у периферійних і центральних ділянках мембрани нервових клітин», Х. і Ходжкін отримали Нобелівську премію по фізіології і медицині 1963 р.; вони розділили її з Джоном Эклсом, який здійснив подібне дослідження, що стосується нервових імпульсів. «З’ясовуючи природу єдиних електричних явищ у периферичній та центральній нервовій системі, – сказав Рагнар Граніт з Каролінського інституту при врученні премії, – ви довели розуміння нервових імпульсів до рівня ясності, яку ваші сучасники не очікували побачити за життя».

З 1952 по 1960 р. Х. був керівником досліджень в Трініті-коледжі; з 1951 по 1959 р. працював помічником директора по дослідній роботі та читав лекції з експериментальної біофізики в період з 1959 по 1960 р. В 1960 р. він стає професором фізіології в Університетському коледжі Лондона, а в 1969 р. призначається професором Королівського дослідницького товариства в Лондонському університеті, де в 1983 р. стає заслуженим професором. З 1974 по 1980 р. Х. очолює Медичний дослідницький комітет з м’язової дистрофії; він – член Ради з сільськогосподарських досліджень (1977…1981), Міжнародної ради фізіологічних товариств (з 1983) і Британського національного комітету з фізіологічних наук (1979…1980). Г. є членом правління Британського і Наукового музеїв.

Нагороджений медаллю Коплі Лондонського королівського товариства (1973), член Королівського товариства і обраний почесним або іноземним членом лондонського Королівського товариства Единбурга, Американської академії наук і мистецтв і Бельгійської королівської академії медицини. Він удостоєний почесних ступенів Оксфордського університету та університетів Шеффілда, Лестера, Лондона, штату Андрю, Астона, Кембріджа, Бірмінгему, Марселя, Йорка і Східної Австралії.