Камилло Голджи и Сантьяго Рамон и Кахаль: Просветители структуры нервной системы (1906)

Информационная карта Нобеля

• Год награды: 1906
• Область: Физиология или медицина
• Обоснование награды: За их работу над структурой нервной системы.
• Camillo Golgi — Дата рождения: 7 июля 1843 года, Кортено, Ломбардия, Италия
• Камильо Гольджи — Дата смерти: 21 января 1926 года, Павия, Италия
• Сантияго Рамон и Кахаль — Дата рождения: 1 мая 1852 года, Петилья-де-Арагон, Испания
• Сантияго Рамон и Кахаль — Смерть: 17 октября 1934, Мадрид, Испания
• Гражданство: Итальянский (Голджи), Испанский (Кахаль)
• Учреждение: Университет Павии (Голджи), Мадридский университет (Кахаль)

Жизнь и образование

Camillo Golgi

Camillo Golgi родился 7 июля 1843 года в Кортено, Италия (ныне известном как Кортено-Гольджи). Его отец, Алессандро Гольджи, был врачом в городе. Следуя семейной традиции в медицине, Camillo Golgi учился на медицинском факультете Университета Павии и окончил его в 1865 году. Во время учебы в университете он был студентом профессора Джулио Биццоцеро, специализировавшегося на гистологии и патологии. Биццоцеро направлял Гольджи в области микроскопической анатомии и науки о тканях.

После окончания учёбы Голги работал в больнице Сан-Маттео в Павии. В 1872 году он был назначен главным врачом амбулаторного отделения для хронических больных в Аббиатеграссо по финансовым причинам. При крайне ограниченных возможностях для исследований он разработал одну из важнейших гистологических техник в истории науки, работая в кухне больницы при свечах. В 1875 году Голги вернулся в Университет Павии и в 1881 году стал профессором общей патологии.

Сантьяго Рамон и Кахаль

Сантьяго Рамон и Кахаль родился 1 мая 1852 года в небольшом городке Петилья-де-Арагон в регионе Наварра, Испания. Его отец, Хусто Рамон Касасус, происходил из бедной семьи парикмахеров, но обладал исключительной целеустремленностью в стремлении получить медицинское образование и сам стал хирургом. Отец придерживался строгого и авторитарного подхода к воспитанию; он направлял молодого Сантьяго на медицинскую стезю.

В детстве и юности Каджаль был крайне непослушным. Он страстно любил рисовать и мечтал стать художником. Его исключали из многих школ из-за неуправляемого поведения. Отец отправил его в обучение к обувщику, чтобы приучить к дисциплине, но в итоге он поддался настояниям отца и окончил медицинский факультет Сарагосского университета в 1873 году.

Во время службы военным врачом на Кубе (1874–1875) он заразился малярией и туберкулезом; эти болезни навсегда повлияли на его здоровье. После возвращения в Испанию он начал работать ассистентом в Университете Сарагосы и проявил большой интерес к гистологии. В 1883 году он стал профессором гистологии в Университете Валенсии, в 1887 году — в Университете Барселоны, а в 1892 году — в Университете Мадрида.

Научная работа

Вклады Голджи (Golgi)

Клеточное биология:

Обнаружение аппарата Голджи – сложного комплекса мембранных мешочков и везикул, отвечающего за модификацию, сортировку и транспортировку белков внутри клетки.

Описание процесса гликозилирования – присоединения сахаров к белкам, что имеет важное значение для их функционирования и целевого направления в клетке.

Нейробиология:

Исследования структуры и функции нервной системы, включая изучение синапсов и нейронных связей.

Медицина:

Открытие факта, что некоторые болезни, такие как болезнь Хантингтона, связаны с дегенерацией клеток в определенных областях мозга.

Другие области:

* Вклад в развитие оптической микроскопии и методов окрашивания тканей, что позволило более детально изучать клеточную структуру.

Самым значительным научным вкладом Camillo Golgi стало развитие метода окрашивания хроматом серебра в 1873 году, также известного как «черная реакция» (reazione nera). Этот метод включал обработку нервной ткани растворами пихтового дихромата и нитрата серебра, в результате чего только небольшой процент нервных клеток окрашивался, но окрашенные клетки появлялись ярко черными и четко отличались от окружающих тканей, включая их дендриты и аксоны.

Эта техника была революционной, поскольку до тех пор детальная морфология нервных клеток едва заметна была с помощью существующих методов окрашивания. Нервная ткань выглядела как сложная сеть переплетенных тел и отростков клеток, что делало невозможным различить отдельные клетки. Окрашивание по Голджи решило эту проблему, позволив изучать отдельные нейроны.

Camillo Golgi использовал этот метод для значительных открытий в области структуры нервной системы. Он идентифицировал различные типы нервных клеток: клетки с коротким аксоном (клетки типа Гольджи II) и клетки с длинным аксоном (клетки типа Гольджи I). Он также создал подробные нейроанатомические карты черепного мозга, гиппокампа и обонятельного бульба. Кроме того, он провел важные исследования жизненного цикла малярийных паразитов и структуры почечных канальцев.

Гольджи предложил ретикулярную теорию, связанную со структурой нервной системы. Согласно этой теории, нервная система образовывала единую непрерывную сеть (ретикулум); нервные клетки создавали неперерывную коммуникативную сеть, устанавливая прямые цитоплазматические соединения друг с другом. Это представление отражало доминирующее на тот момент понимание.

Вклад Каджаля

Испанский нейробиолог Сантьяго Рамон и Кахаль открыл потенциал метода окрашивания Голджи в 1887 году, когда узнал о нём. Он сразу же модифицировал метод в соответствии со своими потребностями и применил его, в частности, к эмбриональным и молодым животным тканям. Это стратегическое решение было решающим: клетки в молодых нервных тканях были проще по структуре и менее разветвлённые, что облегчало отслеживание отдельных клеток.

Используя метод окрашивания по Голджи, Каджаль исследовал почти все области нервной системы: кору головного мозга, мозжечок, спинной мозг, сетчатку, обонятельные бугорки и периферические нервы. В результате этой комплексной работы он пришел к выводу, что нервная система состоит из независимых, отдельных клеток, что противоречило сетчатой теории Голджи. Каждая нервная клетка (нейрон) была генетически, анатомически и функционально самостоятельной единицей.

Открытие, приведшее к Нобелевской премии.

(Note: This is a direct translation. Depending on context, it could also be translated as "Обнаружение, которое привело к Нобелевской премии" or other similar variations to sound more natural in Russian.)

Основное научное разногласие между Голджи и Каджалем касалось структурной организации нервной системы. Голджи утверждал, что нервные клетки образуют непрерывные сети за счёт установления прямых физических соединений друг с другом (сетчатая теория), в то время как Каджаль предложил, что нервные клетки являются независимыми единицами, разделёнными промежутками (позже известными как синапсы) друг от друга (нейронная теория).

Доказательства в поддержку нейронной теории Каджаля были убедительными. В эмбриональных тканях он наблюдал ростовые концы; эти структуры показывали, что аксональные расширения растут независимо. Он продемонстрировал, что конечные участки различных нервных клеток приближались к поверхности дендритов или соматических клеток мишени, но не сливались с ними. Он предложил, что нервные импульсы передаются в одном направлении — от дендритов к соме, а затем к аксону (принцип динамической поляризации).

В 1889 году на собрании Немецкого анатомического общества в Берлине Каджал представил свои препараты ведущим европейским нейроанатомам. Швейцарский анатом Альберт фон Кёлликер был так впечатлён открытиями Каджала, что начал изучать испанский язык. Поддержка Кёлликера ускорила признание Каджала в международном научном сообществе.

Публикация Рамона и Каджаля 1894 года «Новые идеи о структуре нервной системы у человека и позвоночных» стала всесторонней защитой теории нейронов и стала основополагающим справочным материалом в области нейроанатомии. Исключительная способность Каджаля к рисованию дала ему значительное преимущество в научной коммуникации; он мастерски переносил свои наблюдения под микроскопом на бумагу, и его рисунки используются в атласах нейроанатомии уже более века.

Вручение Нобелевской премии 1906 года Голджи и Καхалю стало одним из самых парадоксальных моментов в истории науки. Эти два ученых придерживались диаметрально противоположных теорий, но оба внесли неоценимый вклад. Без метода окрашивания Голджи открытия Καхаля были бы невозможны. В то же время без интерпретаций Καхаля потенциал этого метода остался бы непонятным.

Премия и её последствия

События на церемонии вручения Нобелевской премии в 1906 году запомнились как один из самых странных моментов в истории науки. Голджи продолжал отвергать теорию нейронов и отстаивать сетчатую теорию в своей речи, что было воспринято как прямой вызов Каджалю, который разделил с ним премию. В своей речи Каджаль вежливо, но твердо отстоял теорию нейронов и представил свои доказательства.

После Нобелевской премии история оправдала Каджаля. С развитием электронного микроскопа в середине XX века были непосредственно наблюдены физические промежутки между нервными клетками (синоптическими щелями). Теория нейрона была принята как фундаментальный аксиома современной нейробиологии.

После получения Нобелевской премии Голджи продолжил свою работу в Университете Павии. Он проводил исследования по малярии, патологии почек и клеточной биологии. Его открытие клеточного органелла, известного как аппарат Голджи, укрепило его наследие в области клеточной биологии. Голджи скончался в Павии в 1926 году.

После получения Нобелевской премии Каджал продолжил свою работу в Институте Каджала в Мадриде. Он провел новаторские исследования по дегенерации и регенерации нервной системы. Он разработал улучшенные методы окрашивания нейрофибриллярных структур. Он скончался в Мадриде в 1934 году.

Наследие и влияние сегодня

Наследие Голджи и Каджаля составляет основу современной нейробиологии. Теория нейрона Каджаля обеспечивает концептуальную основу для всех нейробиологических исследований. Изучения синаптической передачи, нейропластичности, нейронных цепей и картографирования мозга основаны на принципах, установленных Каджалем.

Техника окрашивания по Голджи используется в нейроанатомических исследованиях уже более 150 лет с момента её разработки и остаётся незаменимым инструментом для изучения морфологии отдельных нейронов. Аппарат Голджи — одна из фундаментальных органелл клеточной биологии и присутствует в каждом учебнике биологии.

Рисунки Сантьяго Рамона и Кахаля считаются вершиной научной иллюстрации. Эти рисунки по-прежнему используются в обучении нейроанатомии и выставляются в художественных галереях и музеях. Институт Каджаля в Мадриде сохраняет его оригинальные препараты и рисунки.

Сегодня такие крупномасштабные проекты по картированию мозга, как Проект «Человеческий коннектом» и Инициатива BRAIN, являются современными продолжением усилий по изучению анатомии нервной системы, начатых Голджи и Каджалем век назад.

Малоизвестные факты

• Гольджи разработал свою знаменитую технику черной реакции окрашивания на кухне больницы при свечах. Эти скромные условия стали колыбелью одного из самых важных технических прорывов в нейронауке.
• В молодости Каджал хотел стать художником, но его отец заставил его изучать медицину. Ирония судьбы заключается в том, что его исключительная способность рисовать стала его самым большим активом в научной карьере.
• В своей Нобелевской лекции 1906 года Голджи продолжал отвергать теорию нейронов Каджаля. Это один из самых драматичных примеров в истории Нобелевского комитета, когда два ученых, получивших одну и ту же премию, критиковали работу друг друга.
• Кахаль сетовал на научный отсталость Испании и упорно трудился ради научного развития своей страны. Он считается основателем современной школы гистологии в Испании.
• Органелла клетки, названная именем Голджи — аппарат Голджи — была спорной структурой на протяжении многих лет; некоторые учёные считали её артефактом окрашивания. Её существование было подтверждено только с помощью электронного микроскопа.
• Кахаль был также страстным любителем фотографии и готовил собственные фотопленки. Эти технические знания помогли ему улучшить свои методы гистологического окрашивания.
• Два учёных никогда не были лично знакомы и не встречались лицом к лицу, кроме как на церемонии вручения Нобелевской премии.