Рыцарь науки, сэр Эндрю Хаксли (1917-2012)

30 мая 2012 года в возрасте 94 лет ушел из жизни сэр Эндрю Филдинг Хаксли (Sir Andrew Fielding Huxley, OM, FRS) — один из создателей современной физиологии и биофизики возбудимых тканей и мышечного сокращения, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1963 года.

Семья, в которой 22 ноября 1917 года родился Э. Хаксли, занимает заметное место в британской культуре. Его дед, Томас Хаксли (Thomas Huxley), был ближайшим соратником Чарльза Дарвина; отец, Леонард Хаксли (Leonard Huxley), — известным литератором и редактором. Не менее известны его старшие сводные братья: писатель Олдос Хаксли (Aldous Huxley) — автор знаменитой антиутопии «О дивный новый мир», и биолог Джулиан Хаксли (Julian Huxley) — один из основателей и первый директор ЮНЕСКО.

Эндрю Хаксли с детства интересовался естествознанием и техникой. Когда ему было 12 лет, родители подарили ему и старшему брату токарный станок с ножным приводом, и 70 лет спустя сэр Эндрю с гордостью показывал этот станок, стоявший в подвале его дома в Гранчестере под Кембриджем, авторам этой заметки. За это время станок был усовершенствован хозяином и снабжен микроскопом (хотя привод остался ножным, как у станка старого князя Болконского в «Войне и мире»), и отставной президент Королевского общества и бывший глава Тринити-колледжа Кембриджа собственноручно изготавливал на нем мелкие детали для нового сверхбыстрого мотора собственной конструкции, предназначенного для растяжения мышечных волокон в эксперименте.

В 1935 году Э.Ф. Хаксли поступил в Тринити-колледж Кембриджа (Trinity College Cambridge), где изучал физику, математику и химию. Он выбрал физиологию как дополнительный предмет, но вскоре заинтересовался ею и летом 1939 года после получения степени бакалавра принял предложение своего старшего коллеги Алана Ходжкина (Sir Alan Lloyd Hodgkin) заняться исследованием электрических явлений в гигантском нервном волокне кальмара в Морской биологической лаборатории в Плимуте (эти волокна уникальны тем, что их диаметр достигает 2 мм, что делает их любимым объектом для экспериментов). Вскоре им удалось зарегистрировать нервный импульс с помощью электрода, помещенного внутрь волокна, что стало предметом заметки в Nature. Начавшаяся Вторая мировая война прервала эту работу- оба молодых ученых переключились на оборонные исследования. Эндрю Хаксли разрабатывал радары для артиллерии ПВО, а позднее перешел на работу в Адмиралтейство. На четвертый день после высадки союзников в Нормандии он инспектировал результаты работы морской артиллерии по прибрежным немецким укреплениям.

После окончания войны Ходжкин и Хаксли вернулись к исследованиям аксона кальмара. Они разработали метод измерения ионных токов, создающих нервный импульс, и сформулировали гипотезу о существовании ионных каналов, которые открываются и закрываются в зависимости от мембранного потенциала. Эта гипотеза была блестяще подтверждена через несколько десятилетий. Для количественного описания потенциала действия и ионных токов они предложили систему дифференциальных уравнений — модель Ходжкина-Хаксли. Модель прекрасно описывает основные экспериментальные факты, в том числе классический закон «всё или ничего», т.е. независимость формы и величины нервного импульса от величины возбуждающего стимула, если он превосходит пороговый уровень.

Э. Хаксли также удалось теоретически рассчитать скорость распространения импульса по нерву, которая с 10 % точностью совпала с наблюдаемой. Эти результаты, опубликованные в серии статей в 1952 году, положили начало современной электрофизиологии возбудимых тканей и теории автоволн — новой области теоретической биофизики. В 1963 году Ходжкин и Хаксли были удостоены Нобелевской премии вместе с австралийским ученым Джоном Экклзом (Sir John Carew Eccles), исследовавшим синаптическую передачу, за «открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток». Очевидцы вспоминают «русский» банкет, на котором Эндрю Хаксли «обмывал» свою «нобелевку». Подавали только водку и икру, так что некоторые видные представители британской науки, не привыкшие к такому рациону, с трудом проснулись на следующее утро.

В 1946 году, когда Хаксли занялся математическим моделированием нервного импульса, в Кембридже уже был первый компьютер, EDSAC-1. Однако, поскольку очередь на машинное время составляла полгода, он, сочтя такое ожидание слишком долгим, предпочел потратить насколько месяцев, чтобы выполнить вычисления вручную, на механическом арифмометре, аналоге знаменитого «Феликса», знакомого старшему поколению. Он не только получил решения системы дифференциальных уравнений модели для разных начальных условий (а для каждого решения потребовалось сделать несколько сотен «шагов» по времени), но и нашел решение типа бегущей волны, т.е. решил краевую задачу с неизвестным параметром — скоростью распространения нервного импульса. Это решение было первым примером уединенной волны в системе с диссипацией, положившее начало новой области прикладной математики, теоретической физики и биофизики. Трудно представить тот невероятный объем вычислительной работы, которую пришлось проделать Э. Хаксли, чтобы получить этот результат!

Сразу после выхода публикаций о нервном импульсе, так и не получив ученой степени (Ph.D.), поскольку его обучение в аспирантуре было прервано войной, Э. Хаксли переключился на новую область — изучение молекулярного механизма сокращения мышцы. Он разработал и построил интерференционный микроскоп, с помощью которого вместе с Ральфом Нидергерке (Rolf Niedergerke) изучил, как при сокращении сближаются поперечные полоски, видимые на мышечном волокне. Эта работа была опубликована в журнале Nature в 1954 году в одном номере со статьей его однофамильца Хью Хаксли (Hugh Huxley) и Джин Хенсон (Jean Hanson), независимо пришедших к тем же выводам, используя другую экспериментальную технику. В этих работах была сформулирована и обоснована модель скользящих нитей, согласно которой при сокращении мышцы продольные нити внутри волокна скользят друг относительно друга, не меняя своей длины. Механическую работу при этом совершают «поперечные мостики», которые, подобно веслам на галерах, циклически возникают в просветах между нитями и заставляют их перемещаться друг относительно друга.

Эта модель и сейчас лежит в основе наших представлений о механизме работы мышц. Эндрю Хаксли и его ученики и сотрудники разработали методы измерения относительного перемещения нитей в составе волокна с точностью до долей нанометра и создали аппаратуру для исследования субмиллисекундных реакций силы, развиваемых мышечным волокном в ответ на быстрые изменения его длины. В 1971 году с помощью этого метода Э. Хаксли и его сотрудник Роберт Симмонс (Robert M. Simmons) измерили механические характеристики одиночных мио-зиновых молекул в экспериментах на мышечных клетках и сформулировали модель «поворачивающегося мостика». Спустя четверть века эта модель получила прямое подтверждение с помощью рентгенодифракционных экспериментов и белковой кристаллографии.

В 1960-1983 годах Э. Хаксли заведовал кафедрой физиологии Университетского колледжа Лондонского университета, сменив своего напарника по Нобелевской премии А. Ходжкина. В 1984-1990 годах Э. Хаксли занимал пост главы (Master) Тринити-колледжа Кембриджского университета, того самого, членами которого в свое время были сэр Исаак Ньютон, Джеймс Максвелл, Эрнст Резерфорд, Пётр Капица и многие другие ученые. Он был избран членом колледжа еще в 1941 году и им оставался до последних дней жизни. В 1955 году он был избран членом Королевского общества (Royal Society), где в 1980-1985 годах был Президентом. В 1974 году профессор Хаксли был посвящен в рыцари, а в 1983-м стал членом Ордена Заслуг (Order of Merit).

В 1989 г. Э. Хаксли приезжал в Москву, Пущино и Ленинград по приглашению президента АН СССР. Перед лекцией в МГУ он встретился с несколькими учеными, занимавшимися изучением мышц. Его заинтересовали и наши результаты, инициированные его работами. Хаксли взял оттиски статей в «Биофизике» и пригласил приехать к нему в гостиницу следующим утром. К нашему удивлению, оттиски лежали на столе, испещренные пометками, — оказалось, он немного читал по-русски. Мы проговорили около часа, и сразу после этого они с женой, леди Ричендой, правнучкой Чарльза Дарвина, уехали в аэропорт.

Из гостиницы мы вышли потрясенными. Представьте, бывший президент АН СССР встретил во время официальной зарубежной поездки двух молодых людей, делающих какие-то эксперименты на самодельном оборудовании, и вместо того, чтобы знакомиться с достопримечательностями столицы, остался в гостинице, чтобы обсудить их данные. На русский это не переводилось! Позднее выяснилось, что некоторые наши реалии не переводятся на английский: сэр Эндрю был очень удивлен, когда узнал, что членам АН СССР, не говоря уже о ее руководителях, полагается персональный автомобиль с шофером, и позавидовал более удачливым советским коллегам. В Великобритании государственная машина с шофером есть далеко не у всех министров, так что он, будучи президентом Королевского общества, сам водил свою собственную машину. Один из нас имел счастливую возможность убедиться в этом, когда после конференции в Лондоне был приглашен в Кембридж в качестве гостя ректора Тринити-колледжа и его шофером в этот день был сам 72-летний ректор сэр Эндрю Хаксли!

Эндрю Хаксли представлял собой редкий пример ученого, в равной степени сочетавшего в себе талант и мастерство тонкого экспериментатора и инженера с глубокими познаниями в математике и теоретической физике.

Кроме интерференционного микроскопа ему принадлежит изобретение микротома для электронной микроскопии и 3D микроманипулятора. Он был замечательным лектором, историком и популяризатором науки и необыкновенным слушателем и собеседником. Он одинаково внимательно и немного застенчиво разговаривал с юным аспирантом и с маститым профессором. Многие помнят его неизменный толстый блокнот, в который он записывал всё, что слышал на научных встречах и конференциях, и обязательно — свои соображения по этому поводу. Его необыкновенно глубокий и при этом небыстрый ум, невероятное человеческое обаяние, поразительная скромность и немного старомодное благородство, а главное — рыцарское служение науке производили огромное впечатление на каждого, кому посчастливилось с ним встретиться.

После первой встречи в 1989 году нам еще не раз доводилось встречаться с Эндрю Хаксли и обсуждать с ним проблему мышечного сокращения. Он по-прежнему интересовался нашими работами и пропагандировал их среди западных коллег. Профессор Йел Голдман (Yale Goldman), избранный в 2001 году президентом Биофизического общества, говорил, что главной научной школой в его жизни были несколько ланчей, проведенных за одним столом с профессором Хаксли, когда Йел был постдоком на его кафедре. К этим словам могут присоединиться многие коллеги из разных стран мира!

Сергей Бершицкий,
Андрей Цатурян

1. Автобиография Э.Ф. Хаксли www.sfn.org/skins/main/pdf/history_of_neuroscience/hon_vol_4/c8.pdf

2. Интервью с А.Л. Ходжкиным и А.Ф. Хаксли, фильм BBC 1985 г. www.bbc.co.uk/archive/scientists/10607.shtml