Нобелевские лауреаты: Холден Кеффер Хартлайн

Какими должны быть транспаранты в школах, чем подходит для экспериментов со зрением «краб-подкова» (а также кто это на самом деле) и где начинается начинается «нейронный фотошоп» — в новом выпуске рубрики «Как получить Нобелевку». Продолжим рассказ о «зрительной» премии по физиологии или медицине. Если наш первый герой родился в Российской империи, работал в независимой Финляндии, а затем переехал в Швецию, то два остальных лауреата были коренными американцами. Начнем же рассказ о них по старшинству, и поэтому первым нашим героем станет уроженец Пенсильвании. Холден Кеффер Хартлайн Родился 22 декабря 1903 года, Блумсбург, Пенсильвания, США Умер 17 марта 1983 года, Фоллстон, Мэриленд, США Нобелевская премия по физиологии или медицине 1967 года (1/3 премии, совместно с Рагнаром Гранитом и Джорджем Уолдом). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами, происходящими в глазу (for their discoveries concerning the primary physiological and chemical visual processes in the eye)». Родители Холдена Хартлайна были школьными учителями и выходцами из немецкой общины Пенсильвании. Отец, Дениел Шолленберг Хартлайн, преподавал биологию, а мать, Гарриет Франклин Кеффер, – английский язык. Кроме того, будучи дочкой профессионального скрипача, она сама неплохо играла на скрипке и участвовала в школьном оркестре. Именно родители передали ребенку интерес к живой природе. У Гарриет было еще одно хобби: садоводство, а попутно будущая мать нобелевского лауреата прекрасно разбиралась в ботанике вообще. Кстати, именно в честь матери Хартлайн и получил свое второе им «Кеффер», по которому его обычно и звали близкие друзья. Отец же вообще был полноценным «полевым» натуралистом. Да и школа способствовала этому: в кабинете школьного учителя висел транспарант Study Nature, not books. Хартлайн окончил Лафайетовский колледж в Истоне (перед этим проведя шесть месяцев на курсах анатомии человека в Колд Спринг Харбор, куда заслал его отец), и уже в возрасте 20 лет поступил в медицинскую школу Университета Джонса Хопкинса, где занялся изучением электрических свойств нервной системы вообще и той ее части, что отвечает за зрение в частности. Между выпуском из колледжа и поступлением в университет Хартлайн провел лето на морской биологической станции в Вудсхолле, и показал собранные данные знаменитому биологу Жаку Лебу. Тот пришел в восторг и предложил опубликоваться в Journal of General Physiology. Так началась научная карьера Хартлайна-младшего. Первым научным инструментом Кеффера в университете стал струнный гальванометр, который подарил ему физиолог Чарльз Снайдер - тот был сломан. Хартлайн заменил на нем струны и принялся за работу. Жак Леб Wikimedia Commons В том же году, в котором Хартлайн получил степень M.D., то бишь доктора медицины, позволявшая открывать свою практику и вообще лечить, Эдгар Дуглас Эдриан зарегистрировал нервный импульс зрительного нерва. Прочитав его работу, Хартлайн понял, что ему не хватает знаний по физике, чтобы серьезно заниматься биофизикой и электрофизиологией. Поэтому он сначала два года отучился на физическом факультете Джонса Хопкинса, а затем отправился в Европу и отучился по стипендии Элдриджа Ривса Джонсона в Лейпциге у самого Вернера Гейзенберга. Вернувшись в США, в 1931 году, он получил позицию в Джонсоновском институте медицинской физики Пенсильванского университета в Филадельфии, где начал изучать электрические импульсы отдельных зрительных элементов. Примерно тем же, чем и Рагнар Гранит. Но модельное животное он выбрал совсем другое. И с ним в русскоязычной литературе существует путаница. Во многих книжках пишут, что Хартлайн изучал сетчатку краба. Но на самом деле, «американский краб-подкова», то есть American horseshoe crab или Limulus polyphemus гораздо ближе эволюционно к паукам, клещам и скорпионам и относится к отряду мечехвостов. Limulus polyphemus в аквариуме Andrea Warnecke/dpa Themendienst/picture alliance Позже Хартлайн говорил, что он очень удачно выбрал животное для экспериментов (поначалу он изучал зрительную систему кошек, жаб, но когда оказалось, что зрительный анализатор мечехвоста из пучков рецепторных клеток, расположенных в сложных фасеточных глазах, которые связаны с мозгом длинными зрительными нервами, которые можно разделить на тонкие пучки, которые затем легко можно разделить на отдельные аксоны, Хартлайн «совсем и думать забыл о работе с позвоночными»). Впрочем, отработав технику на мечехвосте, волокна зрительных нервов которых одинаково реагировали на свет, а сигнал их отражал интенсивность воздействия света на рецептор, в конце 1930-х Холдейн снова вернулся к позвоночным. И тут стало совсем интересно. Оказалось, что зрительные волокна позвоночных проводят от сетчатки совсем разные сигналы. Одни волокна зрительного нерва лягушки отвечали только на уменьшение силы света, другие – на ее увеличение, а третьи – на наличие света или его отсутствие. Примерно в это время или чуть раньше Холдейн познакомился с Гранитом, и они начали обсуждать то, что происходит в сетчатке в момент, когда на нее падает свет. Но если Гранит основной упор сделал на рецепторы, показав, что у нас есть три типа колбочек для трех цветов, то Холдейн обратил внимание на особый вид клеток, который соединен с палочками и колбочками особыми нейронами – биполярными. Речь идет о ганглионарных клетках сетчатки. Он смог показать, что уже в них происходит первичная обработка зрительной информации, которая потом поступает в зрительную кору мозга. «Очевидно, что подавляющее большинство сложнейших процессов происходит в тонком слое нервной ткани, образующей сетчатку», — писал будущий нобелевский лауреат. Фактически уже в ней начинается тот «нейронный фотошоп», который производит усиление не очень совершенного изображения, которое поступает в глаз. Так Холдейн первым начал распутывать сложнейшую систему обработки сигнала, в которую вовлечено множество типов клеток сетчатки, и в которой исследователи не разобрались до сих пор. Естественной была и Нобелевская премия 1967 года. Карл Густаф Бернхард из Каролинского института, представляя лауреата, отметил, что статьи Хартлайна «дали нам основное представление об импульсном кодировании в зрительных рецепторах и возможность познакомиться с общими принципами получения информации в нейрональных сетях, которые обеспечивают чувствительные функции. В отношении зрения эти принципы жизненно важны для понимания механизмов восприятия яркости, формы и движения». Нужно сказать, что Хартлайн не был ученым все 24 часа в сутки. Он любил жизнь во всех ее проявлениях – любил жену Элизабет, троих сыновей, которые стали тоже стали биологами, ходил в горы, пилотировал спортивный самолет – и умер, не дожив до 80 лет несколько месяцев так, как и жил – быстро, от сердечного приступа. А обязательную для всех членов Королевского общества (в том числе и иностранных, как Хартлайн) биографию-некролог для него написал его друг и коллега, нобелевский лауреат по физиологии или медицине 1967 года Рагнар Гранит. Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще. Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.