1998年12月20日去世的艾伦 · 霍奇金(Alan Hodgkin)是本世纪最伟大的神经生理学家之一。在一个极有应用前景的领域中,他和A · 赫克斯利(Andrew Huxley)合作,通过解释神经冲动的起因,为大部分现代神经科学奠定了基础。他们的工作不仅仅在于阐明神经冲动的爆炸“起火”和冲动沿着神经轴突(神经纤维)的传导,同时也打开了一个所谓“离子通道”的全新的科学领域——即嵌入在每个细胞的细胞膜表面的一个亚微观孔道,它们调节离子的通过,并控制由大批细胞组成的程序。
1939年7月,霍奇金和赫克斯利(一位25岁,一位21岁)成功地测量了神经细胞内部的电压,而以往测量到的所有神经活性一直是细胞外的。在普利茅斯德文港对大鱿鱼进行的研究中,他们解剖到“巨大的神经轴突”(直径大约为0.5 mm),并在它的内部放置了一个可控制的极细小的玻璃毛细管电极。他们最著名的发现是在神经冲动过程中,细胞内的电压能够逆转,可从其静息水平时的-60 mV上升到峰值时的+40 mV。这一发现摧毁了在本世纪初已开始动摇的旧教条——即冲动是由于细胞膜的静息离子选择性的丢失而产生的——因为那种倒坍大部分会发生在内电压为零时。但是在这一发现3周之后,由于发生了第二次世界大战,他们的研究被迫中断。
对于一位生理学专家来说,霍奇金的经历显得有些很不平常,作为一名大学肄业生,他一直在讲授数学,他对于各种不同方程的擅长,不仅对于他后来从事的研究极其重要,而且对他在战时研制飞行雷达的工作也起了重要作用。当时微波通讯刚刚诞生,为了使战斗机能够更成功地发现敌人的轰炸机,在他的帮助下建立了螺旋扫描和螺旋齿轮扫描厘米雷达站;他还亲身经历过的将原型雷达器固定在战斗机的尾部的惊险历程。
自从离开纯数学之后,霍奇金主要从事尖端边缘技术的研究工作。1946年后他又回到了关于神经方面的研究,他制作了一种固定艺术型的电极设备——尽管从现代电神经生理学家的眼光来看也许会感到惊讶:用这类家庭制作的阳极模仿器和真空管反馈放大器怎么一直能够开发得这么成功。一个重要的突破是当它的电压“被固定”在不同水平时,通过神经膜的电流测量(因为干扰了正反馈的回路,会产生电流的爆炸性升高)。
但是也许霍奇金的最大贡献是发明了一种阐明测量的方法,他通过一组不同的方程代表了单个钠和押的选择通道。这一系列实验的结果和分析由霍奇金、赫克斯利和B · 卡茨(Bemard Katz)于1952年发表在5篇著名的系列论文中,其中最杰出一篇论文的题目是“基本的神经活化作用事件的定量描述”。关于霍奇金个人的研究报告和他在战时的辉煌功绩则在“机遇和构思”一书中已有叙述。
关于钠和钾——选择电导率的电压-灵敏度开动和关闭的经典描述为现代的分子处理技术开辟了一种方法。它预言了存在着分离的Na+和K+的离子通道,
预言了它们的四维结构并有4个单独的电压——传感器,还预测了打开通道时“门电流”的产生。40多年来,这些工作一直是研究人员对于“解决问题前进—步”时和分子克隆处理方法的标准。
1963年,霍奇金、A · 赫克斯利和J · 埃克利斯(Jack Eccles)一起获得了诺贝尔生理学与医学奖。1972年他被封于爵士称号,下一年又被授予功绩勋章(英国的一种荣誉称号)。1970年到1975年霍奇金任英国皇家学会主席,1978年到1984年他成为剑桥大学三一学院院长,在剑桥他是第一位大学肄业生和后继教授(自1932年以来),在他的领导下皇家学会在制定科学政策上变得更加开放,并且为迎接已隐隐出现的科学经费的主要变化作了准备。
1970年霍奇金将自己的注意力转向了视觉系统,当时D · 拜伦(Denis Baylor)已把一种激动人心的新的细胞内记录的技术从视网膜神经带到了他们的实验室。霍奇金将棒体和锥体光接受体的研究改变了一下,开辟了一个更灵敏和精确定量的课题,就是他正在进行的新的神经和肌肉质量标志的研究。我们所了解的视觉光接受体能量转换作用就是基于这一工作,并且已在1970年到1985年间完成了。
霍奇金对生物学的奇妙的研究方法极大地激励了一代神经科学家对神经、肌肉和光接受体的研究。他的去世标志着经典的神经生理学时代的结束。
[Nature,1999年1月14日]
神经生理学家艾伦·霍奇金(1914~1998)
发布时间:99年10月29日
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