Сайт: Электронная библиотека НиТ
Во время учебы в университете его особенно заинтересовали проблемы функций и электрических свойств нервных клеток. В 1933 г., за год до получения медицинского диплома, К. была вручена премия Зигфрида Гартена за физиологические исследования. В это время в Германии к власти пришел Гитлер, и нацистское правительство стало изгонять евреев из университетов, исследовательских лабораторий и других учреждений. Поскольку К. был евреем, оставаться в Германии для него было опасно, поэтому в 1935 г. он переехал в Англию. Здесь К. продолжил исследования в области нейрофизиологии в Лондонском университете под руководством Арчибалда В. Хилла и в 1938 г. получил докторскую степень.
К этому времени стало ясно, что мировая война неизбежна, и поэтому К. принял предложение Джона К. Эклса переехать в Австралию, где он был бы в безопасности. К. поступил на работу в госпиталь Сиднея и в 1941 г. получил гражданство Британского содружества. Однако уже через год, когда Австралии начало угрожать вторжение японских войск, К. записался в Королевские военно-воздушные силы Австралии и до конца войны служил офицером радиолокации в Тихоокеанском регионе.
В начале 40-х гг. К., Эклс и их коллега Стефан Каффлер изучали передачу возбуждения с нервных клеток на мышечные волокна. До первой мировой войны большинство нейрофизиологов полагали, что нервные клетки возбуждают мышечные волокна или другие нервные клетки путем прямого электрического воздействия, подобно тому как электрические импульсы распространяются по отдельным нервным клеткам. Однако исследования, проведенные Отто Леей и Генри Х. Дейлом в 20-х – начале 30-х гг., доказали, что возбуждение распространяется через синапсы (специализированные структуры, в которых возбуждение переходит с нервного волокна на нервное волокно либо с нервного волокна на мышечное волокно или какую-нибудь другую клетку) с помощью химических посредников – медиаторов.
Среди исследователей, придерживающихся электрической теории синаптической передачи, вплоть до 40-х гг. наиболее ярким и последовательным был Эклс. Однако после исследований К. и Каффлера, посвященных влиянию химических веществ на передачу в нервно-мышечном синапсе, его взгляды изменились. По окончании второй мировой войны Эклс переехал в Новую Зеландию, где провел эксперименты, окончательно разрушившие его собственную гипотезу.
После возвращения в Лондон в 1946 г. К. вновь поступил в лабораторию Хилла в Университетском колледже. Поскольку К. прекрасно знал электрофизиологические методы изучения нервных клеток, но не был специалистом в области биохимии, он временно прекратил работы по изучению химических процессов в синапсах и присоединился к исследованиям Алана Ходжкина и Андру Хаксли, которые изучали свойства импульсов (потенциалов действия) в отдельных нервных клетках. Ученые обнаружили, что этот процесс подчиняется чисто биофизическим закономерностям.
В 1950 г. К. вернулся к работам по изучению нервно-мышечного соединения и вместе со своим коллегой Полом Фет-том применил новые методики для регистрации электрических импульсов в отдельных нейронах. Исследователей интересовала электрическая активность так называемых концевых пластинок мышечного волокна, которую они записывали прямо через синапс, образованный нервным окончанием. К тому времени Дейл установил, что эта активность возникает при выделении из нервных окончаний медиатора ацетилхолина. Именно взаимодействие между ацетилхолином и мышечным волокном приводит к электрическому возбуждению и мышечному сокращению. Как писал впоследствии К., в ходе этих экспериментов исследователи «столкнулись с совершенно неожиданным явлением. Оказалось, что даже без какого-либо раздражения концевая пластинка мышечного волокна не находится в состоянии покоя, а, напротив, в ней регистрируется электрическая активность в виде отдельных и возникающих случайным образом слабых потенциалов концевой пластинки».
В последующих исследованиях, в частности вместе с Хосе дель Кастильо, К. обнаружил, что «каждый слабый потенциал концевой пластинки обусловлен одновременным действием большого количества молекул ацетилхолина, выделяющихся в виде кванта из окончаний эфферентного нервного волокна». Результаты этих работ были опубликованы в 1954 г., и в этом же году ряд специалистов по электронной микроскопии, в т.ч. Джордж Э. Паладе, впервые описали ультраструктуру синапсов. При этом была обнаружена удивительная особенность – в пресинаптической области (т.е. в окончании эфферентного волокна) содержится множество мелких пузырьков. Два года спустя К. и дель Кастильо предположили, что эти пузырьки содержат ацетилхолин. Когда такой пузырек сливается с синаптической мембраной, выбрасывается один квант медиатора; молекулы-медиаторы диффундируют через синаптическую щель, взаимодействуют с мышечной клеткой, и в ней возникает одиночный слабый потенциал концевой пластинки. Таким образом, как писал впоследствии К., было установлено, что «обычный потенциал концевой пластинки образуется в результате статистического суммирования отдельных квантов, аналогичных спонтанно возникающим слабым потенциалам».
Вскоре К. задал себе важнейший вопрос: «Каким же образом импульс, приходящий в нервное волокно... увеличивает вероятность одного «квантового события»?» В течение следующих 10 лет К. и его коллега Рикардо Миледи в своих исследованиях пытались ответить на этот вопрос с помощью методик, подобных тем, которые применяли К., Ходжкин и Хаксли при изучении потенциала действия. К этому времени уже было установлено, что потенциал действия обусловлен перемещением ионов натрия и калия через мембрану нервных клеток. В 1967 г. К. и Миледи доказали, что выделение медиатора связано с ионами кальция.
С помощью точных методик, позволяющих исследовать очень слабые сигналы, К. и его коллеги количественно измерили электрические изменения, вызываемые действием одной молекулы ацетилхолина, и показали, что каждый слабый потенциал концевой пластинки соответствует эффекту нескольких тысяч этих молекул, т.е. как раз такому количеству, которое должно было находиться в одном синаптическом пузырьке.
«За открытия в области изучения медиаторов нервных волокон и механизмов их сохранения, выделения и инактивации» К. в 1970 г. был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине. Эту премию он разделил с Ульфом фон Эйлером, ученым, обнаружившим, что медиатором симпатической нервной системы (отдела вегетативной, или автономной, нервной системы, обусловливающего реакцию организма на стресс) служит норадреналин (норэпинефрин), а также Джулиусом Аксельродом, исследовавшим образование, выделение из синаптических пузырьков и повторное использование норадреналина. Аксель-род исследовал также влияние психотропных препаратов на активность медиаторов и установил, что норадреналин, как и ацетилхолин, выделяется из синапсов в виде дискретных квантов. Эти и другие открытия показали, что представления К. о механизме выделения медиаторов справедливы не только для холинергических синапсов (т.е. синапсов, медиатором которых служит ацетилхолин), но и для всех структур нервной системы.
С 1946 г. К. работал в Университетском колледже в Лондоне – сначала в должности заместителя директора по биофизическим исследованиям, а затем, в 1950...1951 гг., – преподавателем физиологии. В 1952 г. он получил должность профессора биофизики и заведующего кафедрой биофизики.
В 1945 г. К. женился на Маргарет Бенли. В семье К. двое детей.
В 1969 г. К. было пожаловано дворянское звание. Он удостоен медали Бейли Королевского общества врачей (1967) и медали Копли Королевского научного общества (1967). К. является членом Итальянской национальной академии наук, Датской королевской академии наук и искусств, Американской академии наук и искусств и Национальной академии наук США. Кроме того, он имеет почетные звания Кембриджского университета и Вейцмановского института (Израиль).
