Текст книги "Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет"

Stent G. S. 1965 Nobel laureates in medicine or physiology // Science. 1965. V. 150. N. 3695. P. 462–463;

Генетика и эмбриология

ПЕЙТОН РОУС, США

(PEYTON ROUS)

1879–1970

1933

1935

1946

1958

1959

1962

1965

1966 (а)

1968

1969

1975

1978

1983

1989

1993

1995

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытие онкогенных вирусов».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за открытие того, что некоторые опухолевые клетки растут не столько под действием своих внутренних тенденций, сколько под влиянием вирусов или химических агентов.

ПРЕДЫСТОРИЯ

Первый из известных вирусов – вирус табачной мозаики – был открыт в 1892 году Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864–1920). Новые частицы называли «фильтрующимися ядами», а в 1899 году голландский микробиолог Мартин Вилем Бейеринк (Martin Willem Beyerinck, 1851–1931) предложил термин вирус (лат. virus — яд). Сейчас известно около 1 тыс. различных вирусов, поражающих животных и растения, а в начале XX века мысль о том, что инфекционные болезни могут вызываться не только бактериями, но и вирусами, невидимыми даже под световым микроскопом и проходящими сквозь поры самых тонких непроницаемых для бактерий фильтров, была еще новой для биологов и тем более для врачей.

В то время, когда просматривались только общие контуры того, что позднее стало величественным зданием современной биологии, трудно было предположить связь между невидимыми вирусами и самопроизвольным ростом раковых клеток, о которых было известно только то, что они делятся значительно быстрее, чем нормальные клетки, и обладают способностью проникать сквозь барьеры в тканях. Известный спор между двумя великими немецкими учеными – Кохом (Нобелевская премия 1905 года), сторонником инфекционной гипотезы происхождения рака, и Рудольфом Вирховым (Rudolf Virchow, 1821–1902), придерживавшимся противоположного взгляда, – по мнению большинства закончился победой Вирхова, и на три десятилетия установилось мнение о том, что рак не может быть вызван инфекцией. Правда, было опубликовано сообщение двух датчан о том, что им удалось перевить лейкоз птиц с помощью бесклеточного фильтрата, но их работа прошла незамеченной: лейкозы тогда не считаясь формой рака. Фибигер (Нобелевская премия 1926 года) связал возникновение рака с инвазией червя-паразита.

На возможность того, что вирусы играют какую-то роль в возникновении рака указывали В. Эллерман (V. Ellerman) и О. Банг (О. Bang), но в 1908 году, вряд ли Роус знал об их работах.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1909 году фермер показал Роусу курицу с опухолью в области грудины. Роус сделал биопсию и обнаружил саркому — соединительнотканную злокачественную опухоль. Он измельчил ткань, полученный экстракт профильтровал, очистив его от остатков клеток, заодно исключив возможность загрязнения фильтрата бактериями. Фильтрат он ввел здоровым цыплятам и вскоре у реципиентов появились опухоли того же самого типа, что и у донора. Болезнетворный агент, существующий в фильтрате, известный в настоящее время как вирус саркомы Роуса № 1, мог многократно передаваться при последовательных пассажах не только через цыплят, но и через оплодотворенные яйца.

Вдохновленный успехом, Роус в 1911 году опубликовал первые результаты и продолжил работу с другими опухолями кур. Вскоре ему удалось показать, что опухоли, возникающие из костей, хрящей или кровеносных сосудов, также могут передаваться бесклеточными фильтратами. Особенно важным он считал то, что каждый фильтрат воспроизводил первоначальный тип опухоли.

После публикации Роуса многие исследователи безуспешно пытались перевивать опухоли мышей и крыс подобным способом. Сложилось устойчивое мнение, что саркомы Роуса — любопытные исключения, неспособные привести к пониманию этиологии опухолей млекопитающих. Неудачи, начавшаяся Мировая война, а после нее другие важные исследования надолго отвлекли Роуса от работы с онкогенными вирусами. К этой теме он вернулся уже 50-летним, в начале 1930-х годов.

В 1932 году американский вирусолог Ричард Эдвин Шоуп (Richard Edwin Shope, 1901–1966) обнаружил, что папиллома — доброкачественная опухоль кожи дикого кролика – также может быть передана бесклеточными экстрактами. Роус заинтересовался и вскоре смог доказать, что если перевитые таким способом опухоли первоначально были весьма ограничены в росте и даже имели тенденцию к регрессии и спонтанному исчезновению, то по прошествии некоторого времени они могли перерождаться в злокачественные, особенно после дополнительного воздествия на них малыми (недействующими на здоровые ткани) количествами некоторых химических веществ, которые позднее получили название канцерогенов.

В связи с этими экспериментами Роус впервые задумался о том, что превращение нормальных клеток в раковые не обязательно происходит внезапно; клетки тела, в норме находящиеся под неким контролем, могут развивать в независимые, «анархические» раковые клетки путем отдельных пошаговых изменений. В начале этого процесса, обозначенного Роусом как «прогрессия опухоли», потенциальные раковые клетки находятся в «бездействующем» состоянии. Химические агенты, вирусы или гормональные воздействия могут пробуждать их к агрессивному развитию.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Находки Роуса относительно причин возникновения опухоли были быстро подтверждены во многих экспериментах. Сама же его вирусная теория была встречена с большим скептицизмом. Представление о том, что рак не вызывается инфекционным процессом, было глубоко укоренившимся, поэтому все вирусные опухоли сочли странными исключениями. Саркомы Роуса были признаны опухолями птиц, не имеющими значения для млекопитающих. Папиллома Шоупа была опухолью млекопитающих, но доброкачественной. Когда американский онколог и генетик Джон Джозеф Биттнер (John Joseph Bittner, 1904–1961) в 1930-х годах обнаружил вирус, передаваемый с молоком и вызывающий у мышей рак груди, тоже сочли, что этот вирус не имеет большого значения по сравнению с наследственными и гормональными факторами, которые, как было известно, играют роль в генезе этого вида опухоли.

Ситуация радикально изменилась только в 1950-е годы (когда Роусу было уже более 70 лет). Изучение онковирусов стало доминирующим направлением в исследованиях рака. Этому способствовало бурное развитие молекулярной биологии. В конце 1940-х – начале 1950-х годов Ледерберг (Нобелевская премия 1958 года) создал генетику бактерий. Тогда же «фаговая группа» под руководством Дельбрюка, Херши и Лурия (все – Нобелевская премия за 1969 год) описала процесс репродукции вирусов. В начале 1950-х Львов (Нобелевская премия 1965 года) показал, что генетический материал вируса может включаться в геном бактерии и до поры оставаться там в неактивном состоянии. Все эти открытия дали толчок к новой интерпретации вирусной концепции рака.

Прямым продолжением работы Роуса стало открытие Дульбекко (Нобелевская премия 1975 года) механизма действия онковирусов. Дульбекко и его коллеги смогли доказать, что генетический материал вируса включается в геном трансформированных клеток, то есть клетки приобретают новые наследственные свойства, полученные ими от инфицирующего их вируса. Особенно важным было понимание того, что некоторые типы вирусов могут вводить часть собственного генетического материала в клетку без того, чтобы убить ее или подавить ее деление.

В 1960-е годы было выделено более дюжины новых типов вирусов, способных стимулировать развитие злокачественных опухолей у млекопитающих. Кроме того, было установлено, что онковирусы могут превращать нормальные клетки в раковые даже в пробирке и после очень короткого по времени контакта. Это открыло путь для прямых исследований злокачественного перерождения клеток человеческого организма, что ранее было просто невозможно.

В 1981 году Гросс (Gross) обнаружил вирус, стимулирующий лейкоз у мышей. Позднее он и двое женщин-ученых – Стюарт (Stewart) и Эдди (Eddy) – изолировали вирус полиомы. способный вызывать различные опухоли у млекопитающих многих видов.

Потребовалось почти полстолетия, чтобы открытие Роуса вышло на передний край исследований проблемы рака, и почти 60 лет прошло от его первого эксперимента с онковирусами до присуждения ему Нобелевской премии. Примечательно, что и сам вирус Роуса, который первоначально рассматривался как не имеющий значения для млекопитающих, как оказалось, при некоторых обстоятельствах не только вызывает рак у многих видов млекопитающих, но может даже трансформировать человеческие клетки в опытах in vitro.

Роус обнаружил первый вирус, вызывающий развитие злокачественных опухолей, и тем самым открыл новое направление борьбы с раком, важное для понимания не только этиологии опухолей, но и того, как нормальные клетки превращаются в раковые.

БИОГРАФИЯ

Френсис Пейтон Роус (Раус) родился 5 октября 1879 года в Балтиморе, Мэриленд, США в семье закупщика зерна Чарльза Роуса (Charles Rous) и Френсис Андерсон Вуд (Frances Anderson Wood) – дочери судьи. Предки его матери были гугенотами, обосновавшимися в Виргинии. Отец Пейтона умер рано, оставив мать с тремя малыми детьми и скудными средствами к существованию. Тем не менее, она сумела дать детям образование.

На втором году обучения в Медицинской школе Джонса Хопкинса во время вскрытия кости, пораженной туберкулезом, Роус заразился. Его отправили выздоравливать в Техас на ранчо его дяди. Потеряв год, Роус вернулся в Медицинскую школу и в 1905 году стал дипломированным интерном в больнице школы. Он преподавал патологию в Мичиганском университете, получая очень низкое жалование, затем перебрался в Германию в больницу Дрездена, где изучал патологическую анатомию. После возвращения в США Роус поступил предподавателем в Рокфеллеровский институт. Через несколько месяцев ему была предложена должность заведующего лабораторией по изучению рака. Вскоре Роус смог доказать, что некоторые «самопроизвольные» опухоли цыпленка вызываются вирусами. В течение нескольких лет он пытался получить разнообразные средства против раковых образований мыши, но потерпел неудачу и в 1915 году прекратил поиски. В 1934 году Шоуп предложил Роусу исследовать обнаруженный им, Шоупом, вирус, вызывающий гигантские бородавки на коже диких кроликов. Опухоль оказалась доброкачественной, но параллельно Роус работал и над другими проблемами онкологии, за вклад в разработку которых был удостоен многочисленных премий. К числу других его достижений следует отнести: открытие цитрата как средства для консервации крови; разработку метода разделения клеток с помощью трипсина; открытие реабсорбции компонентов жёлчи в кишке и концентрирования жёлчи в жёлчном пузыре; механизм образования билирубина из гемоглобина; механизм возникновения желтухи.

В 1915 году Роус женился на Марии Экфорд де Кей (Marie Eckford de Key), дочери преподавателя искусств. У них было три дочери. Муж одной из них Мэрион, Ходжкин – получил Нобелевскую премию в 1963 году (на три года раньше своего тестя). Роус прославился еще и тем, что получил Нобелевскую премию через 55 лет после самого открытия, в возрасте 87 (!) лет.

Роус умер в Нью-Йорке 16 февраля 1970 года в возрасте 90 лет.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

A sarcoma of the fowl transmissible by an agent separable from the tumor cells // J. Exp. Med. 1911. V. 13.P. 397–411;

Transmission of a malignant new growth by means of a cell-free filtrate // J. Am. Med. Ass. 1911. V.56.P. 198;

The Modern Dance of Death. London, 1929;

The virus tumors and the tumor probllem // Am. J. Cancer. 1936. V. 28. P. 233–271;

Surmise and fact on the nature of cancer// Nature. 1959. V. 183.N. 4672. P. 1357–1361.

О нем:

Васильев Ю. М., Самойлов В. И. Онкологи – лауреаты Нобелевской премии 1966 года// Природа. 1967. № 4. С. 111–114;

Talalay P, Williams-Ashman G.; Bryan W.R. 1966 Nobel laureates in medicine or physiology// Science. 1966. V. 154. N. 3747. P. 362–365;

Nobel medicine 1966//Nature. 1966. V. 212. N. 5060. P. 332–333;

Two share Nobel Prize. Basic advances in cancer research earn 1966 Nobel Prize for two U. S. scientists//Sci. News. 1966. V. 90.N. 17. P. 319;

Current Biography Yearbook. New York, 1967. P. 354–357;

Biographical Memoirs of the Fellows of the Royal Society. V. 17. London, 1971. P. 643–662;

Biographical Memoirs. National Academy of Sciences. V. 48. Washington, DC, 1976. P. 275–306.

Медицина

ЧАРЛЬЗ БРЕНТОН ХАГГИНС, США

(CHARLES BRENTON HUGGINS)

1901–1998

1902

1903

1907

1912

1926

1927

1928

1934

1939

1945

1948

1949 (б)

1952

1954

1966 (б)

1976

1979

1988

1990

1997

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытия, касающиеся гормональной терапии рака предстательной железы».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за открытие злокачественных опухолей, развитие которых зависит от уровня гормонов (в частности половых) в крови, а также применение женских половых гормонов и кастрации для лечения далеко зашедших форм рака предстательной железы.

ПРЕДЫСТОРИЯ

Злокачественные опухоли и их трагические последствия были известны еще до возникновения научной медицины. В конце XIX века были разработаны хирургические операции для удаления некоторых опухолей, однако отсутствие своевременной диагностики и сопровождающей лекарственной терапии в сочетании с проблемами хирургической инфекции делали эти операции малоэффективными.

В 1913 году Фибигер (Нобелевская премия 1926 года) показал, что рак могут вызывать внешние для организма причины, в частности инвазия червя-паразита. В 1911 году Роус (Нобелевская премия 1966 года) обнаружил первый онкогенный вирус. В 1920-е годы Мёллер (Нобелевская премия 1946 года) показал, что рентгеновские лучи способны разрушать генетический код клетки, а следовательно и предотвращать ее деление, что привело к разработке лучевой терапии злокачественных опухолей. Были предложены первые лекарственные препараты для химиотерапии рака – весьма токсичные вещества, нарушавшие процесс деления не только раковых, но и здоровых клеток.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В конце 1930-х годов Хаггинса заинтересовали заболевания мужской мочеполовой системы. Постепенно он пришел к попыткам создания нового более эффективного способа лечения рака предстательной железы (простаты). В качестве модели он выбрал собак, поскольку только у этого вида животных удавалось обнаружить рак простаты. В 1939 году, измеряя объем изолированной хирургическим путем у собак предстательной железы и анализируя характеристики ее секрета при различных гуморальных воздействиях, Хаггинс обнаружил, что нормальная предстательная железа находится под сильным влиянием половых гормонов: мужские гормоны (тестостерон) стимулировали развитие ткани железы и ее секрецию, напротив, женские гормоны (эстрогены) тормозили оба этих процесса.

Хаггинс задал себе вопрос, сохраняет ли и раковая клетка хотя бы частично способность отвечать на действие половых гормонов или она, как было принято в то время думать, является полностью «анархической», то есть абсолютно неуправляемой гуморальными механизмами. Введением тестостерона Хаггинс ускорил рост и метастазирование опухоли предстательной железы собаки, кастрацией и/или введением эстрогенов – добился стабилизации процесса и длительной ремиссии.

В 1941 году Хаггинс и два его студента К. В. Ходжес (С. V. Hodges) и У. У. Скотт (W. W. Scott) опубликовали первые результаты применения нового способа лечения человека.

В дополнение Хаггинс создал метод лабораторной диагностики, помогающий более раннему выявлению рака простаты, особенно метастазирующих его форм: определение в крови пациента двух ферментов – кислой и щелочной фосфатаз.

Дополнительно к терапии рака простаты Хаггинс также предложил гормональное лечение рака груди (тестостероном). Клиническое значение этого способа лечения ограничено тем, что раковые клетки молочной железы быстро теряют способность отвечать на действие гормонов. Но и это дало симптоматическую защиту и длительные периоды ремиссии инкурабельным (лат. incurabilis — неизлечимый) прежде пациенткам.

Хаггинс высказал два положения, вошедшие в современную теорию раковых процессов: во-первых, существуют гормонозависимые (неавтономные, несамовоспроизводящиеся) формы рака; во-вторых, развитие некоторых форм рака вызывается нарушением баланса в продукции гормонов (в частности половых).

Примечательно, что Роус, впоследствии разделивший с Хаггинсом Нобелевскую премию, был среди первых, кто оценил по достоинству его работу. Роус писал, что теоретическая значимость этого открытия даже превышает его практическую полезность, так как оно опровергает господствовавшее неверное представление об «анархических», то есть совершенно не отвечающих на регулирующие воздействия, раковых клетках, и тем самым указывает верный путь исследователям проблемы рака.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Открытие Хаггинса сразу же получило практическое применение. Оно продлило жизнь многим пациентам с далеко зашедшими формами рака предстательной и молочной желез, недоступными другим способам лечения. Уже в первой группе из 20 пациентов, получивших лечение эстрогенами или кастрацией, четверо прожили более 12 лет (продление жизни на пять лет и сейчас считается в онкологии неплохим достижением).

Замечательные клинические результаты доказали, что основные предположения Хаггинса были правильны. Больше чем у половины пациентов с запущенным раком простаты, уже не доступным для хирургического лечения из-за вовлеченности соседних тканей или даже метастазов в отдаленных органах, наблюдалось уменьшение размера или исчезновение опухолей.

Пациенты, прежде считавшиеся обреченными, получили возможность активно жить много лет. Это был полностью новый способ терапии рака, позволявший лечить путем введения нетоксичных, естественного происхождения гормонов, вместо использования токсичных химиотерапевтических средств, радиоактивного облучения, тем самым значительно снизить число и выраженность побочных эффектов. Вскоре был синтезирован и стал доступен для применения первый искусственный эстроген.

Установление гормональной зависимости опухолевых клеток и приложение этого принципа к терапии рака предстательной и молочной желез создало основу для дальнейших поисков гормонозависимого компонента в возникновении и развитии злокачественных опухолей и оказало большое влияние на понимание механизмов перерождения клеток.

БИОГРАФИЯ

Хаггинс родился 22 сентября 1901 года в Галифаксе, Новая Шотландия, Канада, и был старшим сыном Чарльза Эдварда Хаггинса (Charles Edward Huggins), фармацевта, и его жены, Бесси Спенсер (Bessie Spencer). Хаггинс посещал общественные школы в Галифаксе, учился в университете Акадия, который окончил в 1920 году со степенью бакалавра, и Гарвардском университете, где в 1924 году он получил степень доктора медицины. Работал интерном в больнице при Мичиганеком университете (1924–1926), преподавателем хирургии в том же университете (1926–1927). Начиная с 1927 года, был членом Ученого совета университета, преподавателем хирургии (1927–1929), ассистентом профессора (1929–1933), профессором хирургии (1936–1962), ведущим сотрудником лаборатории Бена Мея по исследованию рака – с 1951 года.

В 1927 году Хаггинс женился на Маргарет Уэллман (Margaret Wellman). У них родились сын и дочь.

Хаггинс умер 12 января 1998 года в возрасте 96 лет.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

Рак и некрозы, вызванные избирательным действием углеводородов ⁄ Горизонты биохимии. М., 1964. С. 380–391;

The business of discovery in the medical sciences // J. Am. Med. Ass. 1965. V. 194. P. 1211–1215;

Endocrine-induced regression of cancers// Science. 1967. V. 156. N. 3778. P. 1050–1054;

Experimental Leukemia and Mammary Cancer: Induction, Prevention and Cure. Chicago, 1979.

О нем:

Васильев Ю. М., Самойлов В. И. Онкологи – лауреаты Нобелевской премии 1966 года// Природа. 1967. № 4. С. 111–114;

Current Biography Yearbook. New York, 1965. P. 205–208;

Talalay P. The scientific contributions of Charles Brenton Huggins // J. Am. Med. Ass. 1965. V. 192. P. 1137–1140;

Talalay P, Williams-Ashman G.; Bryan W R. 1966 Nobel laureates in medicine or physiology// Science. 1966. V. 154. N. 3747. P. 362–365;

Nobel medicine 1966//Nature. 1966. V. 212. N. 5060. P. 332–333;

Two share Nobel Prize. Basic advances in cancer research earn 1966 Nobel Prize for two U. S. scientists//Sci. News. 1966. V. 90.N. 17. P. 319;

Сенсорные процессы

РАГНАР ГРАНИТ, Швеция

(RAGNAR GRANIT),

1900–1991

ХОЛДЕН КЕФФЕР ХАРТЛАЙН, США

(HALDAN KEFFER HARTLINE)

1903–1983

ДЖОРДЖ УОЛД, США

(GEORGE WALD)

1906–1997

1911

1914

1961

1967

1981 (б)

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами в глазу».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за открытие механизма цветовосприятия (Гранит), процесса кодирования зрительной информации (Хартлайн) и фотохимической реакции (Уолд).

ПРЕДЫСТОРИЯ

Структуру сетчатки как сложной нервной сети (откуда и ее название) установил в 1894 году Рамон-и-Кахаль (Нобелевская премия 1906 года). В 1890–1900 годы Гульстранд (Нобелевская премия 1911 года) дал математическое описание механизмов рефракции и аккомодации.

Как стало вскоре известно, свет представляет собой узкий участок спектра электромагнитных изучений. Кванты света в сетчатке глаза улавливаются специализированными сенсорными клетками – колбочками и палочками.

Первые теории, пытавшиеся объяснить феномен цветового зрения, были созданы Исааком Ньютоном (1643–1727), Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711–1765), Томасом Юнгом (1773–1829) и Германом Людвигом Фердинандом Гельмгольцем (Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz, 1821–1894).

В 1880-е годы А. Ф. Хольмгрен (А. Е Holmgren, 1831–1897), физиолог из Упсалы, Швеция, открыл электрическую реакцию, происходящую в глазу в ответ на действие света. Он надеялся, что когда-нибудь можно будет электрофизиологическими методами изучать процессы, происходящие в сетчатке, в том числе и механизм цветового зрения.

Позже в 1920-е годы Эдриан (Нобелевская премия 1932 года) зарегистрировал электрические импульсы в отдельном нервном волокне, а затем и в волокнах зрительного нерва животного. Так был расшифрован «алфавит», с помощью которого сенсорные клетки передают сигналы в мозг.

Исследуя нервную регуляцию движений конечностей, Шеррингтон (Нобелевская премия 1932 года) описал механизм торможения, с помощью которого прохождение одних нервных импульсов подавляет прохождение других.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В начале 1930-х годов в Пенсильванском университете Гранит обнаружил, что освещение одних участков сетчатки человека вызывает торможение ответной реакции соседних областей сетчатки. Такой механизм усиливал контраст и способствовал выделению изображения из фона (позднее этот механизм был детально изучен Хьюбелом – Нобелевская премия 1981 года). Регистрируя электрические процессы в сетчатке (электроретинограмму), Гранит показал, что зрительный образ создается взаимодействием возбуждения и торможения в самой сетчатке.

В конце 1937 года Гранит занялся проверкой теории цветовосприятия Гельмгольца-Юнга, согласно которой в сетчатке есть три элемента, каждый из которых обладает чувствительностью к «своей» части спектра. Первая работа, выполненная им совместно со Светихиным (Svaetichin) появилась в 1939 году. В 1940-е годы, усовершенствовав методику регистрации электрических процессов в нервах и отдельных клетках, Гранит доказал, что существуют три типа колбочек, каждый из которых обладает чувствительностью к своему участку спектра (красному, зеленому и синему). Позднее Уолд дал биохимическое подтверждение этим результатам.

Возбуждение сенсорных клеток приводит к передаче полученной информации в головной мозг. Прямых связей между глазом и головным мозгом не существует, и волокон зрительного нерва значительно меньше, чем палочек и колбочек. Каждое волокно должно передавать интегрированную информацию сразу от многих элементов сетчатки, поэтому сетчатка – сложная нейрональная сеть – выполняет роль реле, она получает сигналы от сенсорных клеток и переводит их на язык, понятный мозгу.

Еще в 1923 году Хартлайн и Грехем (Grahem) зарегистрировали электрические токи в одиночном волокне зрительного нерва крупного подковообразного краба. В 1931 году в Пенсильванском университете Хартлайн продолжил эти исследования и показал зависимость интенсивности ответа рецепторов сетчатки от их освещенности. Он описал код, с помощью которого передаются сигналы от рецепторов по волокнам зрительного нерва. Благодаря этим открытиям стало понятно, как происходит оценка светового стимула. Хартлайн сформулировал фундаментальные принципы, согласно которым сенсорные клетки оценивают, кодируют и передают в мозг параметры раздражителя.

В 1938 году Хартлайн перешел к изучению глаза позвоночных и обнаружил, что, в отличие от членистоногих, разные волокна зрительного нерва по-разному реагируют на световые стимулы. Стиль работы лаборатории Хартлайна описывали как «чрезвычайно плодотворный хаос», но каждая из немногочисленных публикаций этого коллектива становилась вехой в развитии физиологии сенсорных систем. В 1950-е годы Хартлайн описал взаимосвязи между клетками, соседствующими в сетчатке, и доказал существование особого латерального торможения, которое усиливает контраст и улучшает зрительное восприятие формы и движения.

В 1932 году, работая в Инстиуте кайзера Вильгельма в Берлине у Варбурга (Нобелевская премия 1931 года), Уолд выделил из сетчатки зрительный пигмент родопсин и показал, что его молекула состоит из двух частей: белка опсина и ретиналя, или хромофора (альдегида витамина А). Уолд отправился в Цюрих к Карреру (Нобелевская премия по химии за 1937 год), недавно установившему химическую структуру витамина А, после чего продолжил исследования с Мейергофом (Нобелевская премия 1922 года) в Гейдельберге ив 1933 году вернулся в США.

В 1950 году Уолд вместе со своей будущей женой Рут Хаббард попытался синтезировать родопсин. Полученное вещество обесцвечивалось на свету и темнело (восстанавливалось) – при пониженной освещенности. Вскоре им открылся механизм, посредством которого свет запускает реакции в палочках сетчатки. Оказалось, что ретиналь прикреплен к свободному участку на поверхности опсина. Когда квант света поглощается зрительным пигментом, ретиналь переходит из цисформы в транс-форму (цистранс-изомеризация). Свободный участок распрямляется и изменяет свое местоположение. Это изменение формы ретиналя запускает цепочку событий в зрительной системе. Все последующие изменения – химические, физиологические и психологические – являются, как говорил Уолд, «темными последствиями светлой реакции». Этот процесс происходит в глазу любого животного. Для того, чтобы вызвать ответ одной колбочки, достаточно энергии одного кванта, то есть физически минимального количества света. Уолд показал также, что различия в способности колбочек поглощать волны различной длины, обусловлены различиями в строении их опсинов, а молекула ретиналя одинакова в колбочках, ответственных за восприятие красного, зеленого и синего цветов. Таким образом, Уолд дал молекулярно-биологическое обоснование закономерностям, отмеченным Гранитом.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Открытие Уолдом первичной молекулярной реакции глаза на свет явилось большим шагом вперед в физиологии зрения, так как этот процесс играет роль триггера в фоторецепторах всех живых организмов. Благодаря Граниту стал более понятен механизм цветовосприятия. Работы Хартлайна заложили фундамент современных представлений об импульсном кодировании в зрительных рецепторах и открыли главные принципы обработки информации в нейрональных сетях сенсорных систем. Без этих принципов невозможно понять механизмы восприятия яркости, формы и движения.

В результате этих открытий сложилась довольно стройная система представлений, согласно которой образ внешнего мира создается на сетчатке примерно также, как на кинопленке. Изображение, которое падает на близко расположенные в мозаичном порядке светочувствительные клетки, дезинтегрируется, так как разные типы клеток отвечают на разные компоненты изображения. Затем первичная информация попадает в нервную сеть, в которой происходят некоторые преобразования, включающие не только сложение сигналов, но также и их взаимное вычитание (торможение). Происходит первичная обработка изображения, проецируемого на сетчатку. Предпочтение отдается отдельным параметрам картины, имеющим особое биологическое значение. При этом происходит усиление контрастов, поэтому формы выступают более ясно, цвета более усилены и движения подчеркнуты.

Так открытия Гранита, Хартлайна и Уолда углубили понимание природы сложных процессов, происходящих в глазу, процессов, которые составляют основу способности воспринимать свет и различать яркость, цвет, форму и движение. Эти открытия имели первостепенное значение для понимания всех сенсорных процессов целом и в тоже время стимулировали новые исследования в области физиологии зрения, одно из которых было удостоено Нобелевской премии (за 1981 год).

БИОГРАФИИ:

ГРАНИТ

Рагнар Артур Гранит родился 30 октября 1900 года в окрестностях Гельсингфорса (ныне Хельсинки), Финляндия. Он был старшим сыном королевского лесничего Артура Вильгельма Гранита (Arthur Wielhelm Granit) и его жены Альбертины Хелены Мальмберг (Albertina Helena Malmberg). Семья тогда переехала в окрестности Гельсингфорса, где Артур Гранит открыл свою фирму. Рагнар учился в шведском лицее, который посещали главным образом дети моряков. Рагнар поступил в Гельсингфорсский университет в 1919 году. Еще школьником он принял участие в Освободительной войне Финляндии против России (1918), за что был награжден “Крестом свободы IV степени с мечами”.

В течение предварительного летнего курса в академии Або (Турку) в 1919 году Гранит заинтересовался экспериментальной психологией, потому, что она хотя и была частью гуманитарных наук, но позволяла получить медицинскую степень, на чем весьма настаивал его дядя, доктор Ларс Рингбом (Lars Ringbom). Гранит стал магистром философии в 1923 году. По мере изучения медицины он пришел к выводу, что физиология интересует его больше, чем психология, и в 1926 году начал свою научную карьеру с должности демонстратора в Физиологическом институте у Роберта Тигерштедта (Robert Tigerstedt, 1853–1923). Гранит получил степень доктора медицины в декабре 1927 года, а в 1929 году стал старшим научным сотрудником.

В 1928 году он провел шесть месящев в лаборатории Шеррингтона (Нобелевская премия 1932 года) в Оксфорде. В течение 1929–1931 годов Гранит по приглашению Д. Бронка (D. Bronk) стажировался в медицинской физике в Пенсильванском университете. По возвращении в Финляндию Гранит получил пост профессора физиологии (фактически с 1935, формально с 1937 года). В ходе советско-финской войны Гранит служил врачом на островах Балтийского моря – Корио, Хоутскар и Иниа, населенных шведско-говорящими гражданами Финляндии.