Алан Ходжкин 1963
Английский биофизик Алан Ллойд Ходжкин родился в Бэнбери (Оксфордшир). После смерти отца Джорджа Л. Ходжкина в Багдаде во время первой мировой войны Х. и его младшие братья-близнецы воспитывались матерью, Мари (Вилсон) Ходжкин. Алан посещал школу в Малверне и Холте до поступления в 1932 г. в Тринити-колледж Кембриджского университета. С раннего возраста он увлекался историей естествознания, особенно орнитологией, но в Кембридже его заинтересовала физиология, особенно деятельность нервных клеток.

Электрическое происхождение нервных импульсов было установлено в экспериментах Луиджи Гальвани в конце XVIII в. В начале XX в. в Германии физиолог Джулиус Бернштейн предположил, что нестимулированные нервные клетки представляют гальванические элементы с потенциалом покоя (разностью электрических потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клеток в покое), что определяется неодинаковым распределением ионов (заряженных частиц) в мембране. Бернштейн выдвинул гипотезу, что нервный импульс является потенциалом действия – проницаемость мембраны при этом временно изменяется – и ионы с обеих ее сторон приходят в контакт друг с другом и нейтрализуют потенциал покоя; когда мембрана приходит в исходное состояние, восстанавливается и исходный потенциал покоя. «Центральным моментом в теории, – как сказал позднее Х., – является то, что распространение импульса от одной точки к другой осуществляется с помощью электрических токов, которые перемещаются между покоящимися и активными областями. Потенциал действия не просто электрический след импульса, а причина его распространения».

Во время обучения в Тринити Х. выполнил предварительные исследования по электрическим свойствам нервов. Один из его учителей, физиолог Эдгар Д. Эдриан, предложил ему использовать относительно крупные и прочные аксоны (нервные волокна) морского краба Carcinus maenas. Х. последовал этому совету и обнаружил, что единичные волокна можно легко изолировать для опытов. В 1936 г. он стал стипендиатом Тринити-колледжа, работая под руководством Арчибалда В. Хилла, пославшего копию диссертации Х. Герберту С. Гассеру. Гассер пригласил Х. в 1937/38 г. в Рокфеллеровский институт (в настоящее время – Рокфеллеровский университет) в Нью-Йорке. В это же время Х. посетил Океанографический институт в Массачусетсе, где встретился с Кеннетом С. Коле и Н.Д. Куртисом, которые использовали в экспериментах отдельные нервные волокна, изолированные из кальмара. Аксоны кальмара принадлежат к самым крупным из ныне известных и достигают 1 мм в диаметре, в то время как аксоны морских крабов – не более 0,3 мм, а аксоны млекопитающих имеют даже меньший диаметр. «Коле и Куртис разработали метод, позволяющий измерять изменения электрической проводимости мембраны во время прохождения импульса, – написал позднее Х., – при анализе их эксперименты показали, что в мембране происходит значительное увеличение проводимости, которое по времени совпадает с электрическими изменениями». Эти результаты вызвали особый интерес у Х., так как они свидетельствовали о наличии проницаемости мембраны для ионов. Если бы это подтвердилось, то была бы найдена причина потенциала покоя.

Х. вернулся в Кембридж в 1938 г. и начал работать с Эндрю Хаксли, талантливым студентом последнего курса. Они использовали методы, разработанные Х. в США в экспериментах на аксонах Carcinus. «К нашему удивлению, было обнаружено, что потенциал действия часто оказывался значительно больше, чем потенциал покоя», – сообщил позднее Х. Ученые установили, что в отличие от предсказания Бернштейна потенциал действия не только нейтрализовал (или деполяризовал) потенциал покоя, но и значительно его превышал.

Х. и Хаксли впоследствии начали использовать для экспериментов аксоны кальмара, которые достаточно велики и могут быть применены для полного погружения микроэлектродов в их мембраны. Эти исследования подтвердили результаты опытов на аксонах краба, показав, что внутренняя поверхность мембраны нервной клетки заряжена отрицательно по отношению к наружной. В случаях возникновения потенциала действия вместо ожидаемой разности потенциалов в 60 милливольт Х. и Хаксли зарегистрировали разность потенциалов в 90 милливольт или более, что указывало на временное появление большего положительного заряда на внутренней поверхности аксональной мембраны по отношению к наружной.

Завершить исследования Х. помешала вторая мировая война. Большую часть военных лет он работал на радиолокационных системах ВВС.

Вернувшись в Кембридж после войны, Х. трудился в физиологической лаборатории, и в 1945 г. он и Хаксли опубликовали результаты своей предвоенной работы. Их разработки по ионным механизмам в живых организмах привлекли внимание других кембриджских ученых, и вскоре была сформирована небольшая группа для продолжения исследований в этом направлении. Эдриан оказал им Поддержку, уменьшив педагогическую нагрузку и добившись субсидии Рокфеллеровского фонда.

Потенциал покоя возникает благодаря проницаемости мембраны только для некоторых ионов, что приводит к неодинаковой концентрации разных ионов по обе стороны мембраны. Концентрация положительно заряженных ионов натрия ниже на внутренней поверхности мембраны по сравнению с наружной; для положительно заряженных ионов калия ситуация противоположная. Многие крупные органические молекулы внутри клетки заряжены отрицательно, и, хотя поры в мембране позволяют ионам калия перемещаться туда и обратно, ионы натрия и органические ионы, которые значительно крупнее, не могут проходить через мембрану. В результате возникает потенциал покоя, т. к. положительно заряженные ионы калия перемещаются из клетки (где они находятся в высокой концентрации) наружу (где их концентрация ниже). Предвоенные исследования Х. и Хаксли продемонстрировали, что причиной возникновения потенциала действия не может быть перемещение только ионов калия; чтобы превысить обусловленный ионами калия потенциал покоя и вызвать потенциал действия, необходимо участие другого иона, и наиболее подходящим ионом, по их мнению, может быть ион натрия.

Согласно натриевой гипотезе, вначале клеточная мембрана становится более проницаемой для ионов натрия, чем для ионов калия, что достигается посредством открытия натриевых каналов, или ворот. Ионы натрия устремляются в клетку, делая внутреннюю поверхность аксональной мембраны временно положительно заряженной, как было показано Х. и Хаксли. «Простое следствие натриевой гипотезы заключается в том, что величина потенциала действия определяется концентрацией ионов натрия во внеклеточной жидкости», – сказал Х. Он совместно с Бернардом Кацем провел первые эксперименты для проверки этого предположения в 1947 г. и доказал, что потенциал действия – но не потенциал покоя – изменяется в зависимости от концентрации ионов натрия во внеклеточном пространстве.

Х., Хаксли и Кац начали серию экспериментов для тестирования проницаемости аксональной мембраны по отношению к различным ионам при разных уровнях электрического напряжения. В 1952 г. они представили математическую теорию, детали которой были разработаны Хаксли; в соответствии с этой теорией потенциал действия объяснялся как передвижение ионов натрия в клетку с последующим перемещением ионов калия из клетки для восстановления потенциала покоя. В этом же году Х. стал профессором Королевского общества. Теория, предложенная Х. и Хаксли, предлагает исчерпывающе полное биофизическое описание потенциала действия, хотя методы исследования молекулярных механизмов нервного импульса (мембранных структур, контролирующих перемещение ионов) стали доступными только в 80-х гг.

Х. и Хаксли получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1963 г. «за открытия, касающиеся ионных механизмов, участвующих в возбуждении и торможении в периферическом и центральном участках мембраны нервной клетки». Они разделили премию вместе с Джоном С. Эклсом. В речи при вручении премии Рагнар Гранит из Каролинского института отметил, что «ионная теория нервного импульса Х. и Хаксли содержит принципы, применимые также и к импульсам в мышцах, включая электрокардиографию, что имеет клиническое значение». Их открытие, заявил Гранит, «является вехой на пути к пониманию природы возбудимости».

С 1970 г. по 1981 г. Х. был профессором биофизики. С 1978 г. по 1984 г. он руководил Тринити-колледжем. С 1966 по 1976 г. Х. является президентом Морской биологической ассоциации, а с 1959 по 1963 г. – членом Медицинского исследовательского общества.

Во время своего первого визита в США Х. в Рокфеллеровском институте встретил Кей Роус, дочь Пейтона Роуса. Они поженились в 1944 г. во время пребывания Х. в США по делам военной службы. У них родились сын и три дочери.

Помимо Нобелевской премии, Х. получил Королевскую медаль (1958) и медаль Копли Лондонского королевского общества (1965). Обладатель многочисленных почетных степеней, он является членом Королевского общества и Королевской академии наук Дании, иностранным членом Американской академии наук и искусств, Национальной академии наук Индии, Академии наук СССР и Королевской академии Ирландии.