Нобелови лауреати – 1963 година

Андрю Хъксли (Andrew Huxley)

22 ноември 1917 г. - 30 май 2012 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Алън Ходжкин и Джон Екълс)

(За откритията му, свързани с йонните механизми, участващи във възбуждането и задържането в периферните и централните части на мембраната на нервните клетки.)

Английският физиолог Андрю Филинг Хъксли е роден в лондонския район Хампстед в семейството на Ленард Хъксли, учител по класическа литература и писател. Дядо му, Томас Хенри Хъксли, е учен и писател, чиито произведения пропагандират през XIX в. учението на Дарвин за естествения подбор. Хъксли, по-малкото от двете деца на Ленард Хъксли от втората му жена Розалинд Брус, е брат на новелиста Олдъс Хъксли и биолога Джулиан Хъксли, синове на Ленард Хъксли от първия му брак. Хъксли учи в колежа към Лондонския университет и в Уестминстърското училище, където проявява подчертана склонност към физиката и техниката, с които има намерение да се занимава и по-нататък, когато постъпва в колежа „Тринити“ в Кеймбридж. Но, след като длуша курс по физиология, се прехвърля през 1937 г. към медицинската програма и две години по-късно става изследовател-асистент на Алън Ходжкин в морската биологична лаборатория в Плимът.

По това време Ходжкин проучва предаването на електрическите импулси по аксоните (израстъците на невроните). В началото на ХХ в. Юлиус Бернщайн, основавайки се на изследванията на Луиджи Галвани и Валтер Нернст, че нестимулираните нервни клетки имат потенциал на покой (разликата между електрическите потенциали между външната и вътрешната повърхност на клетката е в покой), който се дължи на нееднаквото разпределение на йоните (заредените частици) в клетъчната мембрана. Концентрацията на положително заредените натриеви йони по вътрешната повърхност на мембраната е по-ниска от концентрацията по външната; за положително заредените калиеви йони е характерно обратното положение. Много от едрите молекули на органичните вещества вътре в клетката са заредени отрицателно. Порите на мембрана пропускат през нея йоните на калия, но йоните на натрия и йоните на органичните вещества, които са много по-големи, не могат да преминат през клетъчната мембрана. Потенциалът на покой се появява поради тенденцията положително заредените калиеви йони да се преместват от област, където концентрацията им е висока (вътре в клетката), към област с по-малка концентрация (вън от клетката).

Бернщайн предполага, че нервният импулс е потенциал на действието. Когато проницаемостта на отбраната се промени временно, йоните от двете страни осъществяват контакт и неутрализира потенциала на покой; след това проницаемостта на мембраната се възстановява, при което се възстановява и изходният потенциал на покой. За да проверят теорията на Бренщайн, Ходжкин и Хъксли поставят микроскопични електроди в единични изолирани аксони на калмар и измерват относителните величини на потенциалите на покой и действие. За свое учудване те откриват, че промяната в разликите на потенциалите на мембраната по време на потенциала на действие фактически се оказва значително по-голяма от необходимото за изчезването на потенциала на покой. Потенциалът на действие не само свежда разликите в потенциалите на клетъчната мембрана до нулата, но и превишава фактически потенциала на покой и променя посоката на разликите на потенциалите между вътрешната и външната повърхност на мембраната на клетката.

С началото на Втората световна война Хъксли и Ходжкин изоставят своите изследвания и от 1940 до 1942 г. Хъксли прави експерименти за командването на противовъздушната отбрана, а от 1942 до 1945 г. работи аналогично за военноморското министерство. След войната той става асистент във физиологичния отдел на колежа „Тринити“ и с подкрепата на Изследователското дружество на „Тринити“, което му определя стипендия през 1941 г., продължава работата си с Ходжкин за проучване на предаването на нервните импулси.

Резултатите от изследванията на Ходжкин и Хъксли, публикувани през 1945 г., опровергават теорията на Бернщайн, като доказват, че потенциалът на действие не може да бъде предизвикан само от движението на йоните на калия: в този процес трябва да бъде включен и друг йон, за да може потенциалът на действие да превишава обусловения от йона на калия потенциал на покой. От различните йони, които Хъксли и Ходжкин разглеждат за тази роля, най-вероятен им изглежда йонът на натрия. Те предполагат, че клетъчната мембрана съдържа чувствителни към разликата в потенциалите натриеви канали, или проходи, които остават затворени по време на потенциала на покой и се отварят при деполяризацията на аксона. Когато каналите са отворени, йоните на натрия се устремяват от областта с тяхната относително висока концентрация (външната повърхност на мембраната на аксона) към областта с относително ниска концентрация (вътрешната повърхност на мембраната на аксона), което довежда до временен положителен потенциал по вътрешната повърхност на мембраната на аксона. Ако тяхната хипотеза за участието на натрия е правилна, величината на потенциала на действие (но не на потенциала на покой) би трябвало да зависи строго от концентрацията на натрия вън от клетката. Като проверяват това предположение, Ходжкин и Бернард Кац доказват през 1947 г., че могат фактически да променят или да отстраняват потенциала на действие, въздействайки върху концентрацията на натрия извън клетката.

Хъксли, Ходжкин и Кац започват да проучват йонното преминаване през мембраната на аксона при различни електрически условия. Използвайки волтметър и система за поддържане на мембранния потенциал на установени равнища в периода на наблюдаване на концентрацията на йоните, те проследяват движението на различните йони с помощта на радиоактивни изотопи и промяната на концентрацията на йоните. Изследванията са проведени с помощта на гигантски аксони на калмари, които са достатъчно големи (до милиметър в диаметър), за да бъде въведен електрод в мембраната, и достатъчно здрави, за да издържат, без да се повреди мембраната при заменянето на вътрешната течност с различни комбинации от йони.

Резултатите от тези експерименти позволяват на изследователите да конструират математически модел на потенциала на действие. Хъксли прави много изчисления с ръчен аритмометър; по-късно по-сложни и по-точни изчисления са получени с помощта на първите цифрови изчислителни машини (компютрите). Според модела, който учените описват в редица статии през 1952 г., потенциалът на действие в аксона на калмара се появява при деполяризация на мембраната да някакво пределно равнище. Деполяризацията отваря натриевите канали, йоните на натрия се устремяват вътре в аксона и вътрешната повърхност на мембраната за кратко време става положително заредена. Тогава чувствителните към промяната в разликите на потенциалите калиеви канали се отварят, макар и по-бавно от натриевите, които с времето се затварят. Йоните на калия се устремяват вън от аксона и вътрешната повърхност на мембраната на аксона постепенно става заредена отрицателно спрямо външната повърхност. По времето на краткия рефракторен период мембраната се свръхполяризира (придобива по-отрицателен потенциал от обикновеното), защото напускането на калия превишава потенциала на покой. Моделът на Хъксли и Ходжкин е изключителен, защото биохимични методи за изучаване на компонентите на мембраната не са разработени до 80-те години.

След създаването на математическия модел на потенциала на действието Хъксли започва да се интересува от механизма на мускулното свиване, за което допринася дружбата му с Арчибалд В. Хил. При съвместната им работа Хъксли конструира нов вид интерференционен светлинен микроскоп за проучване на изолирани мускулни влакна.

От 1952 до 1960 г. Хъксли е ръководител на изследванията в колежа „Тринити“; от 1951 до 1959 г. работи като помощник на директора за изследователска работа и чете лекции по експериментална биофизика през периода от 1959 до 1960 г. През 1960 г. става професор по физиология в Университетския колеж в Лондон, а през 1969 г. е назначен за професор в Кралското изследователско дружество към Лондонския университет, където през 1983 г. става заслужил професор. От 1974 до 1980 г. ръководи Медицинския изследователски комитет по мускулна дистрофия; член е на Съвета по селскостопански изследвания (1977-1981), на Международния съвет на физиологическите дружества (от 1983 г.) и на Британския национален комитет по физиологически науки (1979-1980). Член е на управата на Британския и на Научния музей.

Хъксли е награден с медала Копли на Лондонското кралско дружество (1973 г.), член е на Кралското дружество и е избран за почетен или чуждестранен член на Кралското дружество в Единбург, на Американската академия на науките и изкуствата и на Белгийската кралска медицинска академия. Удостоен е с почетни степени на Оксфордския университет и на университетите в Шефилд, Лестър, Лондон, Астон, Кеймбридж, Бирмингам, Марсилия, Йорк и Източна Австралия.

Превод от руски: Павел Б. Николов