Арчибальд Вивиан Хилл

Родился 26 сентября 1886 года, Бристоль, Великобритания.

Умер 3 июня 1977 года, Лондон, Великобритания.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1922 года (половина премии, вторую половину получил Отто Мейергоф). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия в области теплообразования в мышце» (for his discovery relating to the production of heat in the muscle).

Талантливый математик, которого «переманили» на сторону физиологии, человек, который, по сути, спас более 900 ученых и 18 нобелевских лауреатов во время Второй мировой войны, успешный спортсмен, впервые понявший тайну мышечной работы, в процессе которой электрическая энергия трансформируется в тепловую, и давший толчок спортивной медицине. Все это — о нашем сегодняшнем герое – Арчибальде Хилле, лауреате Нобелевской премии 1922 года по физиологии и медицине, которую ему совместно с Отто Мейергофом присудили за работу, касающуюся термодинамики мышечной деятельности. Он еще один успешный пример того, что у междисциплинарного подхода гораздо больше преимуществ и что математика (или физика) очень часто делает научные прорывы именно в физиологии.

Родился будущий нобелевский лауреат 26 сентября 1886 года в Бристоле. Его отец, Джонатан Хилл, был торговцем лесоматериалами в пятом поколении и, к сожалению, оказался непорядочным, бросив мать, Аду Присциллу (Рюмней) Хилл, с двумя детьми, когда Арчибальду исполнилось три года. Ада оказалась очень решительной и сильной женщиной, поэтому воспитывала детей в крайне доброжелательной обстановке, простив нерадивому мужу обиду. Ей помогала младшая сестра Мюриэль, которая впоследствии тоже пошла по научной стезе, став биохимиком.

До семи лет Арчибальд жил, находясь на полном домашнем обучении. Но когда семья переехала в Вестон-супер-Маре, он пошел в подготовительную школу, а после следующего переезда в Тивертон, графство Девоншир, в возрасте 13 лет самостоятельно подготовился и поступил в колледж Блюнделла. Их семья была не в состоянии платить за обучение, и это он понимал, поэтому делал все, чтобы выигрывать всевозможные стипендии, поочередно открывавшие для него мир науки.

Уже в Блюнделле в юноше проснулась двойная и, вместе с тем, горячая любовь и к математике, и к спорту. Ему даже удавалось выигрывать легкоатлетические соревнования, проходившие между разными колледжами, а также успешно вести математический дискуссионный клуб.

Когда Хиллу исполнилось 19 лет, он снова стал стипендиатом и поступил в Тринити-колледж — один из 31 колледжа Кембриджского университета, что само по себе уже было честью. Щелкая математические уравнения как орехи, он освоил трехлетнюю программу за два года, после чего к математике немного охладел. Тогда его руководителем был Вальтер Морель Флетчер, известный в Кембридже физиолог, который посоветовал молодому дарованию, видя его нестандартный способ мышления, обратиться в науку об организме. Попал прямо в точку.

Обладавший большим бэкграундом в физике и математическом моделировании Хилл увлекся работой мышц, поскольку Флетчер вместе с коллегой Фредериком Гоулендом Хопкинсом изучали биохимические свойства мышц лягушки. Здесь он тоже акцентировал свое внимание в основном на физике и химии, усиливая ими свой образовательный курс.

Еще будучи студентом, он занялся взаимодействием никотина и яда кураре с никотиновыми рецепторами в мышцах и получил уравнение, позже ставшее известным как уравнение Ленгмюра (или адсорбционная модель Ленгмюра), что было очень близко к кинетическим закономерностям Михаэлиса — Ментен. Эта работа стала его первой публикацией и заняла свое видное место в рецепторной теории, так как речь в ней речь шла о связывании никотина и кураре с неким «восприимчивым веществом» на поверхности миоцитов, к которой вплотную подходили аксональные терминали.

С успехом и на отлично окончив колледж в 1909 году, юный исследователь остался в физиологии и выбрал немного иное направление своей научной работы в физиологической лаборатории Кембриджа, получив для этого стипендию Джорджа Генри Льюиса. Здесь он принял предложение заведующего Джона Лэнгли продолжить работу Флетчера и Хопкинса. Хилл должен был посмотреть на их работу с другой стороны и модернизировать ее, поэтому с головой ушел в изучение процессов термообразования при мышечной работе, используя для своих экспериментов гальванометр и термопару — прибор, который позволяет измерять температуру, регистрируя изменения силы электрического тока. На термопаре ученый научился работать во время своей стажировки в Тюбингене в 1911 году.

Именно это направление работы сделало его «знаменитым» и подвело к Нобелевской премии. В конце 1800-х годов считалось, что химические процессы, возникающие во время мышечных сокращений, происходят под полным контролем кислорода (в его присутствии). Популярная теория утверждала, что необходимая для клеточного метаболизма энергия обеспечивается «взрывным» расщеплением неких гипотетических гигантских молекул inogen и biogen, которые в присутствии кислорода теряют неустойчивость. О роли молочной кислоты, которую Карл Шееле обнаружил в мышцах охотничьего оленя еще в 1780 году, не догадывались, а о анаэробном обмене даже речи не шло.

Только начали получаться первые успешные эксперименты по измерению температуры в работающих мышцах и соотнесении этих данных с биохимическими показателями, как научные изыскания Хиллу пришлось прервать на пять лет из-за начавшейся Первой мировой войны. Вместо лаборатории он добровольно посвятил себя военному делу, получил звание капитана, а затем майора, и был назначен командующим зенитной экспериментальной секцией, получил за это орден. В 1918 году Хилла избрали действительным членом Королевского общества.

После окончания войны наш герой вернулся в Кембридж, но вскоре, в 1920 году, принял пост заведующего кафедрой физиологии в Манчестерском университете, где проработал до 1923 года. Там в ходе экспериментов он смог подтвердить все ранее полученные данные о том, что температура в мышце лягушачьей лапки повышается как в момент сокращения, так и во время восстановления, хотя раньше считалось, что это происходит только при сокращении.

Хилл также экспериментально доказал, что кислород совершенно необязателен, чтобы тепло генерировалось в начальной фазе, но вот когда мышца восстанавливается, он жизненно необходим. Учтя то, что ранее обнаруженная молочная кислота разлагается в присутствии кислорода, Хилл смог связать начальное повышение температуры с ее синтезом и синтезом ее производных, а последующее, в восстановительном периоде — с ее окислением и разложением.

Но, как выяснилось, тепла, полученного во время двух фаз работы мышцы, все равно недостаточно для того, чтобы окислилась вся молочная кислота. Получается, что она остается в мышце, но уже в виде производных. А вот источник самой этой кислоты в виде гликогена — основного накопителя энергии в тканях — установил уже другой ученый и коллега Хилла, немецко-американский биохимик Отто Фриц Мейергоф. Он же выяснил, что остатки молочной кислоты снова переходят в гликоген.

Это стало фундаментом для открытия аэробного и анаэробного обмена в мышце и основанием для Нобелевской премии, которую эти ученые вместе получили в 1922 году. В этом же году Хилл стал профессором физиологии в Университетском колледже Лондона и продолжил свои разработки.

В период Второй мировой войны настроенный на мир профессор остро негативно высказывался о политике Адольфа Гитлера, и особенно о его травле евреев и ученых. Для того чтобы как-то помочь тем, кого преследовали нацисты, он принял участие в организации Общества академического содействия (позже оно стало называться Обществом защиты науки и образования). Члены общества помогали ученым, спасающимся от преследования нацистами, находить убежище. Благодаря в том числе его заслугам спаслись более 900 выдающихся исследователей, 18 из которых впоследствии также стали лауреатами Нобелевской премии.

После того как Великобритания объявила войну Германии, лабораторию Хилла ликвидировали, а сам он стал советником в военном кабинете и участвовал в разработках программ по повышению эффективности научной работы в военное время. Помимо всего этого он занялся политической деятельностью и сначала избрался в парламент от Кембриджского университета, а потом стал членом университетской стипендиальной комиссии и Общества поддержки ученых при департаменте научных и экономических исследований.

По окончании войны он вернулся в науку, реорганизовал лабораторию и вплоть до своего ухода на пенсию в 1952 году занимался физиологией мышц.

Арчибальд Хилл прожил 90 лет и оставил после себя четырех детей: двух сыновей и двух дочерей, которые также пошли по следам отца в науку. Так, Полли Хилл стала известным экономистом, Джанет Хилл — детским психиатром, Морис Хилл — океанографом, а Дэвид Кейнс Хилл совсем пошел по стопам отца и стал физиологом. В этом нет ничего удивительного, ведь в 1913 году избранницей Хилла стала Маргарет Кейнс, член известной семьи Кейнсов. Она была дочерью знаменитого экономиста Джона Нэвилла Кейнса и сестрой не менее известного Джона Мейнарда Кейнса — основателя кейнсианства в современной экономике.

Было у Хилла и множество талантливых учеников. Например, Бернард Кац, работавший под его руководством в Университетском колледже Лондона в 30-е годы, сам стал лауреатом Нобелевской премии 1970 года за открытия в области изучения медиаторов нервных волокон и механизмов их сохранения, выделения и инактивации.

О своем учителе он вспоминает: «А.В. любил делать провокационные заявления и был не прочь "рисковать собственной шеей", за что иногда по ней получал! Если прочитать его комментарии в Trails and Trials in Physiology, то ясно, что он рассматривал ошибки в интерпретации и "устаревание" научных теорий как неизбежную и действительно необходимую часть прогресса. И чем более провокационное утверждение выдвигалось, тем лучше это было для продвижения вперед».