Сэр Алан Ллойд Ходжкин, кавалер ордена Британской империи, член Королевского Королевского общества [1] (5 февраля 1914 г. — 20 декабря 1998 г.) — английский физиолог и биофизик, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1963 года вместе с Эндрю Хаксли и Джоном Эклсом .
Ходжкин родился в Банбери , Оксфордшир, 5 февраля 1914 года. Он был старшим из трех сыновей квакеров Джорджа Ходжкина и Мэри Уилсон Ходжкин. Его отец был сыном Томаса Ходжкина и читал лекции по естественным наукам в Кембридже , где он подружился с электрофизиологом Китом Лукасом . [2]
Из-за плохого зрения он не смог изучать медицину и в конечном итоге устроился работать в банк в Банбери. Будучи членами Общества друзей , Джордж и Мэри выступили против Закона о военной службе 1916 года , который вводил воинскую повинность, и им пришлось вынести много оскорблений со стороны местного сообщества, включая попытку сбросить Джорджа в один из городских каналов. [3] В 1916 году Джордж Ходжкин отправился в Армению в рамках расследования бедствия. Тронутый несчастьями и страданиями армянских беженцев, он попытался вернуться туда в 1918 году по маршруту через Персидский залив (так как северный маршрут был закрыт из-за Октябрьской революции в России). Он умер от дизентерии в Багдаде 24 июня 1918 года, всего через несколько недель после рождения его младшего сына Кита. [4]
С ранних лет Ходжкин и его братья были поощрены исследовать окрестности своего дома, что привило Алану интерес к естественной истории , в частности орнитологии . В возрасте 15 лет он помогал Уилфреду Бэкхаусу Александру с исследованиями цапель , а позже, в школе Грешема , он пересекался и проводил много времени с Дэвидом Лэком . [5] [6] В 1930 году он стал обладателем бронзовой медали на конкурсе эссе для государственных школ, организованном Королевским обществом защиты птиц . [7]
Алан начал свое образование в The Downs School , где его современниками были будущие ученые Фредерик Сэнгер , Алек Бэнгхэм , «ни один из которых не был выдающимся блестящим учеником» по словам Ходжкина, [8] а также будущие художники Лоуренс Гоуинг и Кеннет Раунтри . После школы Даунс он перешел в школу Грешема , где пересекался с будущим композитором Бенджамином Бриттеном , а также Мори Мейклджоном . [9] В итоге он получил стипендию в Тринити-колледже Кембриджа по ботанике, зоологии и химии. [10]
Между школой и колледжем он провел май 1932 года на пресноводной биологической станции в замке Рэй по рекомендации своего будущего директора по исследованиям в Тринити , Карла Пантина . [11] После замка Рэй он провел два месяца в немецкой семье во Франкфурте , поскольку «в те дни считалось крайне желательным, чтобы любой, кто намеревался изучать науку, имел разумные знания немецкого языка». [12] После его возвращения в Англию в начале августа 1932 года его мать Мэри снова вышла замуж за Лайонела Смита (1880–1972), [13] старшего сына А. Л. Смита , чья дочь Дороти также была замужем за дядей Алана Робертом Говардом Ходжкиным . [14]
Осенью 1932 года Ходжкин начал работать в качестве первокурсника в Тринити-колледже, где его друзьями были классики Джон Равен и Майкл Грант , коллеги-ученые Ричард Синг и Джон Х. Хамфри , [15], а также Полли и Дэвид Хилл , дети нобелевского лауреата Арчибальда Хилла . [5] [16] В течение первых двух лет он изучал физиологию вместе с химией и зоологией, включая лекции нобелевского лауреата Э. Д. Адриана . [17] Для второй части трипоса он решил сосредоточиться на физиологии вместо зоологии. Тем не менее, он принял участие в зоологической экспедиции в Атласские горы в Марокко под руководством Джона Прингла в 1934 году. [18] Он закончил вторую часть трипоса в июле 1935 года и остался в Тринити в качестве научного сотрудника. [19]
Во время учебы Ходжкин, который описывал себя как «воспитанного как сторонника Британской лейбористской партии» [20], дружил с коммунистами [21] и активно участвовал в распространении антивоенных брошюр. [22] В Кембридже он был знаком с Джеймсом Клугманном [23] и Джоном Корнфордом , [24] но он подчеркивал в своей автобиографии, что никто из его друзей «не предпринял серьезных усилий, чтобы обратить меня [в коммунизм ], ни тогда, ни позже». [25] С 1935 по 1937 год Ходжкин был членом Кембриджских апостолов . [26]
Ходжкин начал проводить эксперименты по передаче электрической активности в седалищном нерве лягушек в июле 1934 года. [27] Он обнаружил, что нервный импульс, приходящий на холод или компрессионный блок, может снизить электрический порог за пределами блока, предполагая, что импульс вызывает распространение электротонического потенциала в нерве за пределами блока. [28] В 1936 году Ходжкин был приглашен Гербертом Гассером , тогдашним директором Института Рокфеллера в Нью-Йорке, для работы в его лаборатории в 1937–38 годах. Там он встретился с Рафаэлем Лоренте де Но [29] и Кеннетом Стюартом Коулом, с которыми он в конечном итоге опубликовал статью. [30] В течение того года он также провел время в Морской биологической лаборатории Вудс-Хоул , где он познакомился с гигантским аксоном кальмара , [31] который в конечном итоге стал модельной системой, с помощью которой он провел большую часть исследований, в конечном итоге приведших его к Нобелевской премии. Весной 1938 года он посетил Джозефа Эрлангера в Университете Вашингтона в Сент-Луисе , который сказал ему, что он серьезно отнесется к теории локального контура Ходжкина о распространении нервного импульса, если он сможет показать, что изменение сопротивления жидкости снаружи нервного волокна влияет на скорость проведения нервного импульса. [32] Работая с отдельными нервными волокнами прибрежных крабов и кальмаров , он показал, что скорость проведения была намного выше в морской воде, чем в нефти, что предоставило убедительные доказательства в пользу теории локального контура. [33]
После возвращения в Кембридж он начал сотрудничать с Эндрю Хаксли , который поступил в Тринити на первый курс в 1935 году, на три года позже Ходжкина. [34] Получив грант на оборудование в размере 300 фунтов стерлингов от Фонда Рокфеллера , Ходжкин сумел создать физиологическую установку, похожую на ту, с которой он работал в Институте Рокфеллера. В июле 1939 года он перевез все свое оборудование в Плимутскую морскую лабораторию . [35] Там ему и Хаксли удалось вставить тонкую канюлю в гигантский аксон кальмаров и записать потенциалы действия изнутри нервного волокна. Они отправили короткую заметку о своем успехе в Nature как раз перед началом Второй мировой войны . [36]
Несмотря на свое квакерское воспитание, Ходжкин стремился присоединиться к военным усилиям, поскольку контакт с нацистами во время его пребывания в Германии в 1932 году уничтожил все его пацифистские убеждения. Его первой должностью было Королевское авиационное учреждение , где он работал над проблемами авиационной медицины, такими как снабжение пилотов кислородом на больших высотах и декомпрессионная болезнь, вызванная пузырьками азота, выходящими из крови. [37] В феврале 1940 года он перешел в Исследовательское учреждение телекоммуникаций (TRE), где он работал над разработкой сантиметрового радара , включая проектирование системы бортовой артиллерийской наводки Village Inn AGLT. Он был членом группы EG Bowen в Сент-Атане в Южном Уэльсе и жил в местном гостевом доме вместе с Джоном Принглом и Робертом Ханбери Брауном . Группа переехала в Суонедж в мае 1940 года, где Прингл сменил Боуэна в качестве лидера группы. [38] В марте 1941 года Ходжкин совершил испытательный полет на Bristol Blenheim , оснащенном первой бортовой сантиметровой радиолокационной системой. В феврале и марте 1944 года он посетил Радиационную лабораторию Массачусетского технологического института , чтобы помочь наладить обмен информацией о разработках в области радиолокации между Великобританией и Америкой. [39]
Предоставление доступного для прочтения отчета о малоизвестном эпизоде военной истории, в котором он принимал участие во время Второй мировой войны, стало для Ходжкина главной мотивацией написать автобиографию « Случай и замысел: воспоминания о науке в мирное и военное время» . [40]
Поскольку вторжение союзных войск во Францию и их продолжающееся продвижение к Германии осенью 1944 года предполагали конец войны в обозримом будущем, Ходжкин начал планировать свое возвращение к карьере в области исследований в Кембридже. Он возобновил свое сотрудничество с WAH Rushton , и они опубликовали статью о том, как рассчитать мембранное сопротивление нервного волокна, мембранную емкость, сопротивление его аксоплазмы и сопротивление внешней жидкости, в которую помещено волокно, на основе экспериментальных наблюдений. [41]
После увольнения с военной службы в августе 1945 года по просьбе Адриана , Ходжкин смог возобновить свои эксперименты в сотрудничестве с Бернардом Кацем и его довоенным коллегой Эндрю Хаксли . Они провели лето 1947, 1948 и 1949 годов в Плимутской морской лаборатории , где продолжили измерять потенциалы покоя и действия изнутри гигантского аксона кальмара. [42] Вместе с Кацем он представил доказательства того, что проницаемость мембраны нейрональных клеток для натрия увеличивается во время потенциала действия, что позволяет ионам натрия диффундировать внутрь. [43] Полученные ими в 1949 году данные привели к серии из пяти статей, опубликованных в The Journal of Physiology , в которых описывалось то, что позже стало известно как модель потенциала действия Ходжкина –Хаксли , и в конечном итоге принесло Ходжкину и Хаксли Нобелевскую премию по физиологии и медицине . [44] [45] [46] [47] [48] Основываясь на работе Кеннета С. Коула [49], они использовали метод электрофизиологии , известный как зажим напряжения , для измерения ионных токов через мембраны аксонов кальмаров, удерживая при этом мембранное напряжение на заданном уровне. Они предположили, что характерная форма потенциала действия вызвана изменениями в селективной проницаемости мембраны для различных ионов, в частности натрия , калия и хлорида . Модель , которая опирается на набор дифференциальных уравнений и описывает каждый компонент возбудимой клетки как электрический элемент, хорошо согласуется с их эмпирическими измерениями. [48] [50]
Последовательность деполяризации клеточной мембраны, при которой небольшая деполяризация приводит к увеличению проницаемости натрия, что приводит к притоку ионов натрия, что, в свою очередь, еще больше деполяризует мембрану [51], теперь известна как цикл Ходжкина . [52]
Кроме того, открытия Ходжкина и Хаксли привели их к гипотезе о существовании ионных каналов на клеточных мембранах, которая была подтверждена лишь десятилетия спустя. Подтверждение существования ионных каналов пришло с разработкой метода патч-клампа, что привело к Нобелевской премии в 1991 году для Эрвина Неера и Берта Сакманна , а в 2003 году для Родерика МакКиннона . [53]
После установления движения ионов через селективно проницаемую клеточную мембрану как механизма потенциала действия, Ходжкин обратил свое внимание на то, как ионный обмен, который происходит во время потенциала действия, может быть впоследствии обращен вспять. Вместе с Ричардом Кейнсом он продемонстрировал, что в дополнение к изменениям проницаемости, которые приводят к потенциалу действия, существует секреторный механизм, который выталкивает натрий и поглощает калий против электрохимических градиентов. [54] Несколько лет спустя датский ученый Йенс Кристиан Скоу открыл фермент Na+/K+-АТФазу , который использует АТФ для экспорта трех ионов натрия в обмен на два иона калия, которые импортируются, [55] за что он получил Нобелевскую премию по химии в 1997 году. [56]
Ходжкин был номинирован на Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1953 году лордом Адрианом . [57] В октябре 1961 года шведские журналисты сообщили ему, что он, Хаксли и Эклс были награждены Нобелевской премией. Однако это оказалось ложной тревогой, когда вскоре после этого было объявлено, что премия 1961 года была присуждена Георгу фон Бекеши . Только два года спустя Ходжкин, Хаксли и Эклс наконец были награждены премией «за их открытия, касающиеся ионных механизмов, участвующих в возбуждении и торможении в периферических и центральных частях мембраны нервной клетки». [58] [59] Во время Нобелевского банкета 10 декабря 1963 года Ходжкин произнёс традиционную речь от имени трёх нейрофизиологов, поблагодарив короля и Нобелевский комитет по физиологии и медицине за награду. [60] Кстати, Ходжкин и его жена присутствовали на церемонии вручения Нобелевской премии во второй раз, три года спустя, когда тесть Ходжкина, Фрэнсис Пейтон Раус , был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине 1966 года. [61]
С 1951 по 1969 год Ходжкин был профессором Фулертона Королевского общества в Кембридже. В 1970 году он стал профессором биофизики имени Джона Хамфри Пламмера в Кембридже. Примерно в это же время он также закончил свои эксперименты с нервами в Плимутской морской лаборатории и переключил свое внимание на визуальные исследования, которые он мог проводить в Кембридже с помощью других, будучи президентом Королевского общества . Вместе с Денисом Бейлором и Питером Детвайлером он опубликовал серию статей о фоторецепторах черепах . [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68]
С 1970 по 1975 год Ходжкин был 53-м президентом Королевского общества (PRS). За время своего пребывания в должности PRS он был посвящен в рыцари в 1972 году и принят в Орден за заслуги в 1973 году. [69] С 1978 по 1985 год он был 34-м магистром Тринити-колледжа в Кембридже . [70]
Он работал в Совете Королевского общества с 1958 по 1960 год и в Медицинском исследовательском совете с 1959 по 1963 год. Он был иностранным секретарем Физиологического общества с 1961 по 1967 год. Он также занимал дополнительные административные должности, такие как должность канцлера Лестерского университета с 1971 по 1984 год.
Портрет Ходжкина работы Майкла Ноукса висит в коллекции Тринити-колледжа. [76]
Во время своего пребывания в Рокфеллеровском институте в 1937 году Ходжкин познакомился с американским патологом Фрэнсисом Пейтоном Раусом [77], который позже был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1966 года. [78] Когда Раус пригласил его на ужин к себе домой, Ходжкин познакомился с дочерью Рауса, Марни , которая тогда была студенткой колледжа Свортмор . [77] Он сделал ей предложение перед возвращением в Англию в 1938 году, но она отвергла его. [79] Когда Ходжкин ненадолго вернулся в США в 1944 году (см. Действия во время войны), они воссоединились и поженились 31 марта. [80]
Их первая дочь, Сара, родилась в апреле 1945 года, незадолго до того, как Ходжкинсы вернулись в Кембридж. [81] У них было еще трое детей: Дебора Ходжкин (родилась 2 мая 1947 года), [82] Джонатан Ходжкин (родился 24 августа 1949 года), [83] и Рэйчел Ходжкин (родилась в июне 1951 года). [84] Марни стала редактором детских книг в издательстве Macmillan Publishing Company и успешным писателем детской литературы, включая Young Winter's Tales и Dead Indeed . Джонатан Ходжкин стал молекулярным биологом в Кембриджском университете. Дебора Ходжкин также является успешным психологом.
Томас Ходжкин (1798–1866), который первым описал лимфому Ходжкина , был двоюродным дедушкой Алана Ходжкина. [85]
Ходжкин страдал от ряда медицинских проблем, которые начались вскоре после его ухода с поста магистра Тринити. В 1989 году ему сделали операцию, чтобы снять давление на спинной мозг со стороны одного из межпозвоночных дисков в шее, из-за чего он не мог ходить без поддержки и с прогрессирующей инвалидностью. [1] Ходжкин умер в 1998 году в Кембридже . [86]