神经冲动研究先驱——安德鲁·赫胥黎.pdf

生理科学家 神经冲动研究先驱 安德鲁 赫胥黎 郭晓强 （解放军白求恩军医学院生化教研室，石家庄 ） 摘要 安德鲁 赫胥黎是英国著名生理学家，他和霍奇金于 年首次测定枪乌贼轴突细胞膜电 位并发现动作电位超射。 年，赫胥黎和霍奇金提出离子假说，认为电压敏感钠离子和钾离子 通透性变化是动作电位产生和传播的基础，因此分享 年诺贝尔生理学或医学奖。 赫胥黎还提 出滑动肌丝假说，认为肌肉收缩源于微丝和微管的相互滑动。 赫胥黎曾担任皇家学会会长和剑桥 大学三一学院院长。 赫胥黎是神经冲动研究先驱，本文对他的生平和成就进行全面介绍。 关键词 赫胥黎；神经冲动；动作电位；离子假说；诺贝尔生理学或医学奖 中图分类号 ， 生物电是许多生理活动的基础，因此探索生物 电的产生机制对许多生命现象的理解都具有十分重 要的意义。 早在 年，意大利物理学家路易吉 伽伐尼（ ）做了一个独特实验，给予离体 青蛙腿部电刺激可引起肌肉收缩，这个发现意味着 肌肉发挥活性过程中存在生物电现象，从而开启电 生理学研究新时代。 由于受实验手段等条件限制， 在迦伐尼发现生物电现象后的一百多年中，人们对 组织应对电刺激机制及细胞传递电信号过程却知之 甚少。 二十世纪三十年代末，英国科学家安德鲁 菲尔丁 赫胥黎爵士（ ） 和艾伦 劳埃德 霍奇金爵士 （ ）才首次用实验详细描述神经细胞电生理特 征，进一步又于五十年代提出解释动作电位的离子 学说，从而使人们对神经细胞膜电活动特征和机制 有了全面理解，为生命科学发展发挥了巨大推动作 用，两位科学家也因此分享 年诺贝尔生理学或 医学奖 。 赫胥黎是二十世纪一位伟大生理学家 和生物物理学家，在神经传导和骨骼肌收缩等多个 领域均做出了先驱性贡献 。 本文通过对赫胥黎 科研历程介绍，以能对这位伟大科学家更多理解的 同时，还对离子假说和滑动肌丝假说有一个全面的 认识。 一、显赫身世 年 月 日，赫胥黎出生于英格兰伦敦 北部汉普斯特德（）一个具有显赫科学和 文学背景的家庭，祖父是赫赫有名的托马斯 赫胥 黎（ ）。 赫胥黎父亲伦纳德 赫 胥黎（ ）是一位校长、作家和编辑，出 版了托马斯 赫胥黎生活资料及信件。 伦纳德第一 次婚姻共有 个孩子，而在妻子去世后，他与罗莎琳 德 布鲁斯（ ）结婚，他们共有两个儿 子，赫胥黎（图）最小。 图 1 赫胥黎（ ） 托马斯 赫胥黎是十九世纪一位伟大生物学 家，早期坚定支持达尔文进化论，曾被誉为“达尔文 的斗犬”（ ），出版大量科学著作，如 枟天演论枠（ ）等。 赫胥黎两位同 父异母的哥哥也非常著名。 朱利安 赫胥黎（ ）是一位著名进化生物学家和动物行为学先 驱，发表了大量有关进化论和科普的论文、书籍并拍 摄电视，此外还指导了曾获得奥斯卡奖的野生动物 电影。 奥尔德斯 赫胥黎（ ）是一位著 名作家，撰写小说包括枟勇敢新世界枠和枟迷失在加 沙枠等，此外还发表大量被广泛传播的散文。 生理科学进展 年第 卷第 期 万方数据 赫胥黎父亲也拥有强大科学背景，因此引导赫 胥黎对创造性思维、科学研究和写作都充满极大热 情。 赫胥黎成功是否与遗传有直接关系无法得出明 确结论，但后来赫胥黎被问及浓厚氛围的家庭背景 是否对他成为科学家发挥关键作用时，赫胥黎认为， 尽管有着家庭联系，但却并没有必然因果关联，因为 托马斯 赫胥黎 多个后代（包括儿子和孙子） 中，只有赫胥黎等在内 位科学家，这种比例提示家 族因素并非关键原因。 二、热爱生理 赫胥黎最终成为一名伟大科学家除与显赫家族 背景有关和受父亲影响外，他的母亲也发挥了重要 作用。 布鲁斯是一位非常实用且动手能力极强的女 性，她对赫胥黎的学习要求非常严格，从小就培养赫 胥黎严格的科学思维和熟练仪器操作能力。 赫胥黎 的家庭拥有大量藏书，而赫胥黎因此就有机会浏览 大量科学和工程技术方面的书籍，奠定了较为良好 的科研基础。 赫胥黎家中有两台旧显微镜，他很小 时就应用显微镜进行动植物观察。 岁时，父母送 给赫胥黎和哥哥一台车床，借助这台机床，赫胥黎逐 渐掌握了设计、制造和组装各种器械的技巧，为家庭 制作木烛台和可正常运作的内燃机。 赫胥黎一生都 保持了较强动手能力，后来科研过程中一些仪器也 是自行设计完成。 年至 年，赫胥黎在大学学院学校（- ）就读，随后又在国王奖学金 资助下进入外斯特明斯特学校（ ） 接受高中教育。 赫胥黎最早爱好古典文学，在高中 受物理教师路德维西（）影响而转向自然 科学。 年，羞涩而年轻的赫胥黎在奖学金支持下 进入英国剑桥大学三一学院（ ）。 赫胥 黎最早想法是成为一名物理学家或工程师，因此重 点学习物理学，但当时三一学院规定，学生除完成基 本课目如数学、物理和化学外，还需选修一门课程。 赫胥黎同学伯恩斯（ ）建议，生理学是一 门非常重要的课程，可以学到许多当时尚未解决且 存在争论的问题，正是这个建议改变了赫胥黎的人 生轨迹。 随着对生理学的学习，赫胥黎逐渐发现这门学 科充满了乐趣，同时还接触到剑桥大学许多著名生 理学家，包括希尔（ ， 年诺 贝尔生理学或医学奖获得者）、阿德里安（ ， 年诺贝尔生理学或医学奖获得 者）以及后来的科研挚友霍奇金等，他们在生理学 领域的成就及对生理学的热爱深深感染着赫胥黎。 年至 年，赫胥黎进行解剖学研究以准备 将来的医学课程， 年获得学士学位。 年至 年，赫胥黎进行生理学第二阶段课程， 年 获得硕士学位。 年 月，赫胥黎被邀请来到位 于普利茅斯（）的海洋生物研究所，成为霍 奇金研究助手，这是赫胥黎的第一段科研经历，两人 也开始了卓有成效的合作。 三、科研挚友 年 月 日，霍奇金（图 ）出生于英国牛 津郡的班伯里 （ ）， 在党恩学 校 （ ）和格雷沙姆学校（ ）先后完 成初等教育。 年 月，霍奇金考入剑桥大学 三一学院，他对自然科学很感兴趣，决定将来从事科 学研究。 霍奇金最初爱好是动物学，因此大学前两 年学习了动物学、化学和生理学等课程，而在最后一 年，霍奇金改变初衷，将生理学作为专业并于 年获得理学学士学位。 图 2 霍奇金（ ） 毕业后，霍奇金留在三一学院工作，由于三一学 院当时聚集了世界上许多著名生理学家，他们大多 都在研究神经电生理，因此霍奇金也以青蛙为材料 研究神经纤维传导机制，第一年就为传导局部电路 理论提供了第一个试验证据，并逐渐积累了神经生 理学相关研究知识和背景。 年，在希尔推荐 下，霍奇金来到美国洛克菲勒研究所格拉赛（- ， 年诺贝尔生理学或医学奖 获得者）实验室进行神经生理学的学习。 当时关于神经细胞兴奋的产生、沿纤维传导和 跨突触传递的机制存在激烈争论。 完全电传递概念 已被抛弃，化学信号传递正被逐渐接受，但化学信号 特征却一直是个神秘问题。 年，生理学家伯恩 生理科学进展 年第 卷第 期 万方数据 斯坦（ ， ）应用电流断续 器（）首次对静息电位和动作电位进行了真 正意义上测量。 结果显示静息电位在 毫伏 （）左右（细胞内对细胞外而言显负电性），外界 电刺激可使电位升高至，约需时间 毫秒（）， 而后持续 至 后又重新恢复至 。 伯恩斯坦将神经细胞看作一个原电池，并将能斯特 方程引入神经电生理，从而提出解释细胞静息电位 形成机制的膜学说。 当时已知细胞内外钾离子存在 明显浓度差，细胞内钾离子浓度远高于细胞外，根据 计算钾离子膜两侧电位差和静息电位数值较为接 近，因此伯恩斯坦认为兴奋性细胞膜对钾离子的选 择性通透是静息电位形成的关键。 当时已知直径较大、带正电荷的钠离子主要集 中在细胞外，而直径较小、带正电荷的钾离子在细胞 内浓度更高。 膜学说认为：静息状态下，细胞膜只对 钾离子具有通透性，钾离子在浓度梯度驱动下向胞 外运动，由于携带正电荷而使细胞出现内负外正的 状况，此时又开始受化学梯度驱动向胞内运输，两种 驱动力相等则钾离子处于动态平衡状态，钾离子的 平衡电位即为静息电位；细胞兴奋引起动作电位时， 细胞膜出现一个临时性“击穿”（）效应， 此时对所有离子均具通透性，最终导致电位差暂时 消失（细胞膜电位趋于零），动作电位数值应和静息 电位数值相等，符号相反；兴奋过后细胞膜又恢复仅 对钾离子通透，钾离子再次移动平衡后，膜电位恢复 静息值。 伯恩斯坦膜学说很好解释了当时已知的电 生理现象，得到大多数科学家接受。 但伯恩斯坦所 进行的电位测定均是在细胞外间接方法获得，而未 有直接实验证据，由此得出的结论并不完全正确。 直接进行电位测定的最大障碍在于神经细胞体积过 小，缺乏足够细的电极在不破坏细胞完整性前提下 插入细胞。 年，英国生物学家杨（ ） 发现大西洋枪乌贼（ ， ）拥 有巨大神经轴突，从而为神经电生理研究提供了极 为理想的材料。 轴突实际上是一个神经细胞长的突 起，负责连接相邻神经元，其直径可达 毫米，远远 大于一般脊椎动物神经元，是人神经元的上百倍，如 果从神经断端沿纤维长轴方向插 入电极 （ 约 ）则对轴突正常功能几乎不产生任何影响。 年，美国伍兹霍尔（ ）海洋生物 实验室的科尔（ ）和科蒂斯（ - ）首先通过测量枪乌贼动作电位期间细胞膜特性 变化来验证伯恩斯坦膜假说。 科尔等发现，静息状 态时细胞膜拥有高电容（因为细胞膜很薄）和高电 阻（对所有离子通透性均较低），当受到电刺激产生 动作电位时，细胞膜电容未发生明显变化，意味着细 胞膜击穿并未发生，这与伯恩斯坦理论明显不符，但 另一方面细胞膜电阻显著下降，说明细胞膜对离子 通透性增加，而这种现象符合伯恩斯坦理论预期。 霍奇金获悉科尔结果后，决定深入了解详细操作过 程。 年，霍奇金来到伍兹霍尔，和科尔探讨科 学问题同时还花费一个夏天时间学习枪乌贼神经元 解剖方法，这次经历对随后霍奇金的研究具有十分 重要意义。 年，霍奇金回到剑桥，第二年就开 始了与赫胥黎富有成效的合作。 四、首次突破 尽管霍奇金只比赫胥黎大 岁，但当时已是三 一学院员工，并在神经动作电位研究方面小有名气， 赫胥黎则是一名学生。 尽管枪乌贼为神经生理学研 究提供了极好材料，但却存在一个重大缺陷，枪乌贼 主要在夏天时才可从北大西洋海域大量获得，而当 时人工饲养尚未完全实现，因此研究工作不得不在 乌贼生产地进行 ，这也是霍奇金选择在普利茅斯 进行实验的重要原因。 年 月，经过几周等待后，赫胥黎和霍奇 金终于捕获了足够量枪乌贼用于实验，他们首先开 发了一种从枪乌贼体内剥取单根神经轴突的方法， 并将其保持于适当浓度氯化钠溶液以模拟海洋环 境，该方法的建立可使研究人员在体外研究神经元 电生理行为。 霍奇金和赫胥黎首先试图通过观察汞 滴通过轴突胞浆时间来确定胞浆粘度，但实验并未 成功。 汞滴总停滞于轴突切口顶部，只有当胞浆破 坏才会下降，这个结果意味着胞浆并非是一种简单 流体结构，而可能是一种特殊胶体。 这次失败并未 使两位科学家放弃，相反他们决定开始新的研究，将 毛细管电极插入神经纤维内部来记录跨膜电位 。 霍奇金和赫胥黎将一充满盐溶液的直径 毫 米微电极纵向插入枪乌贼神经轴突，另一电极浸入 海水中，将两个电极与电位放大装置相连，随后可检 测神经轴突膜两侧存在的微弱电位差，通过这种方 法即可确定静息电位和动作电位。 这个实验立刻获 得成功，霍奇金和赫胥黎第一次获得了神经轴突的 静息电位在 之间，与伯恩斯坦膜 学说预测值较接近，暗示该学说正确性。 但令他们 意想不到的是，当用电流刺激枪乌贼神经轴突后测 定动作电位时却惊奇发现膜电位出现正值（即内正 生理科学进展 年第 卷第 期 万方数据 外负）状况，该现象被称为超射（），这明显 与膜假说预测动作电位最大值只能到 不符，由于 超射数值最高可达 ，显然也无法用误差来解 释。 随后几次重复都得到类似结果，霍奇金和赫胥 黎打算进一步探寻这种现象机制时，战争阴影在欧 洲不断扩大，因此他们不得不于 月 日离开普利 茅斯。 月 日希特勒军队入侵波兰宣告第二次世 界大战正式爆发。 考虑到无法预期战争结束时间，霍奇金和赫胥 黎匆忙将实验结果在 年 月 日出版的 枟枠杂志上以信件（）形式发表 ，这篇论 文不足 页，只简单描述实验方法和结果，并没提供 讨论，也未对超射现象给出合理解释。 第二次世界大战期间，霍奇金进入空军开展雷 达研究，不久又加入一个由多名生理学家组成的防 空研究小组，处理雷达相关工作。 战争早期，赫胥黎 作为三一学院临床医学的学生继续上课，由于德国 对英国空袭使教学无法继续而暂停， 年赫胥黎 获得学位后也迅速加入战争服务，最早为防空部而 后为海军部进行重炮研究。 尽管战争期间霍奇金和 赫胥黎被隔开，但两人仍保持密切联系，就动作电位 超射产生机制进行多次交流。 年，二战结束后 他们立刻又发表一篇完整论文，详细介绍 年实 验并为超射现象提出四种可能机制 ，但遗憾的是 最终证明四种均是错误解释。 五、离子假说 战后，霍奇金回到剑桥，在生理实验室获得一份 教职，几个月后赫胥黎也回到剑桥，继续合作进行神 经元动作电位产生机制研究。 年 月，赫胥黎 听了丹麦生理学家克罗（ ）一个学术报 告，克罗提到利用放射性同位素示踪法观察到钠离 子也可出入细胞，这个结果立刻引起赫胥黎极大兴 趣。 当时已知，包括神经细胞在内几乎所有细胞外 钠离子浓度都远高于细胞内，如果钠离子也参与膜 电位形成，则超射现象就很容易解释。 但遗憾的是， 主流生理学家都认为细胞膜对钠离子不具备通透 性，赫胥黎和霍奇金在战争爆发前也接受这种观点。 赫胥黎意识到动作电位可能由于钠离子内流引 起，但将自己想法告诉霍奇金时，霍奇金提出了反对 意见。 霍奇金认为如果该假设成立，则动作电位回 复至静息电位时，钠离子从细胞内快速回流至细胞 外既逆浓度梯度又逆化学梯度，因此将消耗大量能 量，而神经细胞供氧量显然无法满足这种需求。 赫 胥黎不得不折中自己看法，认为动作电位升高与细 胞膜对钠离子瞬时通透性相关，而不是完全通透，这 可解释科尔 年测定动作电位产生过程中电容 不变但电阻下降现象。 钠离子假说无法被科学界接受还有其他原因。 一是水化状态钾离子直径小于水化状态钠离子，这 无法解释动作电位产生期间细胞膜对钠离子通透性 大于钾离子（应该是钾离子更容易回流才对），最终 证实是选择性透性，即离子通道。 第二，科尔等在 年夏天进行试验发现两个与钠离子假说相悖 结果，一是动作电位超射值最大可达 ，而按 照钠离子假说计算结果最大只能为 ；二是用 缺失钠离子的等渗葡萄糖溶液替换氯化钠溶液并不 影响静息电位或动作电位幅度变化，后来证实这两 个结果均由于操作不当所致。 为了使科学界能够接受钠离子假说，赫胥黎和 霍奇金决定用实验提供证据，但所用材料大西洋枪 乌贼只能在普利茅斯收集，而第二次世界大战的轰 炸使实验室遭到严重破坏，因此不得不推迟至 年夏天等实验室修缮完毕才开始。 此外，霍奇金和 另一位著名生理学家卡茨爵士（ ， 年诺贝尔生理学或医学奖获得者）也合作研究 该问题，将枪乌贼巨大轴突放入不同浓度氯化钠溶 液，电刺激后动作电位超射幅度与胞外钠离子浓度 密切相关。 霍奇金将该结果告诉赫胥黎后，赫胥黎 意识到自己当初想法的正确性，此时另一位生理学 家的论文更增加了赫胥黎的信心。 年，英国生理学家奥弗顿（ ） 将青蛙缝匠肌放入等渗蔗糖溶液以观察细胞肿胀效 应，然而却惊奇发现肌肉兴奋性消失，但当添加钠盐 或锂盐后兴奋性重新恢复，而其他阳离子或阴离子 则无此种效应。 在此基础上，奥弗顿于 年提出 自己的动作电位形成理论：神经脉冲传递涉及细胞 外钠离子和细胞内钾离子交换。 赫胥黎用枪乌贼轴 突进一步验证奥弗顿理论，当用等渗葡萄糖溶液替 换钠盐溶液培养神经元进行电生理刺激时，轴突动 作电位幅度、产生速度和传导速度均显著下降，从而 证实钠离子在动作电位形成中的重要性。 进一步实 验还发现青蛙骨骼肌和髓鞘神经纤维动作电位也由 钠离子进入造成，但甲壳类动物骨骼肌动作电位则 源于钙离子进入，而脊椎动物心肌细胞兴奋性需要 钠离子和钙离子同时参与。 此外，赫胥黎和同事还 发现髓鞘神经纤维中锂离子可代替钠离子启动动作 电位，这与奥弗顿在青蛙肌肉中发现非常类似。 赫胥黎、霍奇金和卡茨还借助同位素方法观察 生理科学进展 年第 卷第 期 万方数据 0 仑0 j0 0 雷 国 一-一-一-i一一 0 o 0 仑 o l一e一 一-r一一-一 o 0 o 仑 0 l一e一 _一一一一-一- 0 0 0 仑 0 i一e一 到动作电位产生过程中钠离子进入过程，从而正式 提出动作电位形成的离子假说。 离子假说认为：外 界电刺激造成神经细胞膜对钠离子通透性出现特异 性快速增加是产生动作电位的原因，而随后对钾离 子通透性的缓慢增加使钾离子释放出细胞则使电位 回复至静息状态。 年，美国科尔等首先发明电压钳技术 （- ），为赫胥黎下一步工作提 供关键方法 。 电压钳可在固定外加电压前提下 更详细研究细胞膜对特定离子的通透性变化，避免 了早期技术中电压变化带来的复杂离子效应，从而 可特异性研究离子电流变化及与时间的关系。 利用 电压钳技术，赫胥黎和霍奇金获得大量数据，接下来 的数据分析也是一个重大挑战，最终成功主要归功 于赫胥黎的数学才能、科学想象力和科研耐受力。 初等物理学欧姆定律给出电压、电流和电阻三 者关系，即电阻的测定值等于电压除以电流，因此确 定电压和电流数值则很容易计算出电阻值。 赫胥黎 和霍奇金借助电压钳给予枪乌贼轴突一个特定值电 压刺激，随后测量产生的电流，从而计算出细胞膜对 特定离子的电阻，而电阻倒数即通透性。 在确定通 透性数值基础上，赫胥黎最终获得一个微分方程，需 要通过解方程才可确定相关数值。 不巧的是，当时 大学计算机已损坏 个月，为尽快获得结果，赫胥黎 不得不使用手动操作机械计算器来运算，而计算 内动作电位变化则需花费 小时。 最初，霍 奇金认为介导钠离子进入的是载体蛋白（）， 可将钠离子从细胞外携带到细胞内，但经过计算否 定该想法 ，而电压依赖门控通道（- - ）更符合预期，更为重要的是按该 假设得到的理论结果与实验测定值之间表现出惊人 一致（图 ） ， ，从而说明离子理论的正确性。 年，赫胥黎和霍奇金首次公布研究结果，并于 年发表一系列有重要影响力论文 ，奠定了 在神经生理学领域的学术地位。 图 3 动作电位理论结果（ 和 ）与实验 结果（ 和 ）高度一致性， 六、功成名就 赫胥黎和霍奇金借助电化学、现代电子技术和 数学模型等方法最终表明钠离子和钾离子交换是引 发动作电位产生的原因，这项研究一方面对中枢神 经系统功能的理解有重要帮助，另一方面也对其他 兴奋性组织的研究具有重要借鉴意义。 这项成就解 决了困扰生物学家几十年的难题，即神经控制肌肉 活动的电脉冲生成机制。 年，赫胥黎、霍奇金 和澳大利亚科学家埃克尔斯爵士（ ）由于“外周和中央神经系统细胞膜兴奋和抑 制过程中离子机制的发现”而分享诺贝尔生理学或 医学奖。 年诺贝尔生理学或医学奖获得者坎德尔 （ ）对该项成就评价为：他们（赫 胥黎和霍奇金）的工作对神经元生物学的贡献可与 结构对生物学的贡献相媲美。 将两者进行比 较是基于三个事实，一是两项发现都对生物学发展 发挥着巨大推动作用；二是这两项成果都由两人合 作完成， 结构为沃森（ ）和克里克 （ ）完成，并且最终都是三人分享诺贝尔 生理学或医学奖，沃森、克里克和威尔金森（ ）于 年获奖，三是他们的关键论文都在 枟枠杂志上发表，且篇幅都极短（均不足一页）。 动作电位离子理论的重要性还体现在其不仅适 合神经细胞，而且对肌肉兴奋性理解也具有重要帮 助，如心电图和心脏肌肉收缩机制等。 以枪乌贼巨 大轴突神经元得到的理论进一步研究表明也适合于 脊椎动物神经纤维电脉冲的传导机制，因此这项发 现可看做理解兴奋性质的一个重要里程碑。 赫胥黎 和霍奇金的研究结果还为随后电压门控离子通道、 动作电位和离子通道动力学等研究领域奠定了基 础。 尽管赫胥黎用电压钳技术所获得大量数据清晰 表明离子通道的存在，但由于技术原因并未提供直 接证据。 年代，两位德国生理学家内尔（ ）和萨克曼（ ）发明膜片钳（ ）技术，并用该技术获得第一个跨越单离子通 道的微小电流记录，从而证明离子通道存在，二人也 因此分享 年诺贝尔生理学或医学奖。 赫胥黎和霍奇金工作的影响还远超出实验生理 学领域，对生物化学和神经生物学等领域也发挥了 推动作用。 电压钳技术和相关数学公式在多个领域 拥有应用，如髓神经、骨骼肌和心肌等。 离子理论还 被广泛应用于临床，对局部麻醉和疼痛、神经系统疾 病、先天性骨骼肌强直、心肌失常和肾脏与心脏功能 生理科学进展 年第 卷第 期 万方数据 异常等的治疗有重要裨益。 离子假说公式化还促进 随后细胞内稳态数学模拟的实现，从而使该方程不 仅适用于具有离子流动的兴奋性细胞描述，而且还 适用于电中性细胞甚至渗透压对细胞效应的辅助性 描述 。 年，美国科学家麦金农（ - ）获得高分辨率钾离子通道三维结构并因此分 享 年诺贝尔化学奖，为赫胥黎和霍奇金离子模 型提供更直接支持。 七、肌肉收缩 年，在基本完成动作电位研究后，赫胥黎 和霍奇金的合作也基本终止。 此时，赫胥黎开始在 剑桥大学讲授生理学并转向新的方向，逐渐对肌肉 收缩机制产生兴趣。 早在十九世纪，科学家就利用 光学显微镜观察到横纹肌纤维为明带和暗带交替出 现的结构，暗带中央较亮区为 带，而暗带中央线 为 线，相邻 线间区域被称为肌节（）， 肌节是肌肉收缩和舒张的基本结构。 二十世纪五十 年代初，关于肌肉收缩所持有的普遍观点是：肌肉收 缩是由于某种原因引起肌节内部结构折叠或卷曲进 而造成连续性肌丝缩短的结果，但这种观点正确与 否尚未有实验证实。 安德鲁敏锐意识到普通光学显 微镜在研究肌肉收缩过程的分辨率不足以获得满意 结果，而干涉显微镜具有独特优势。 但当时赫胥黎 实验室并不拥有干涉显微镜，为此安德鲁自己组装 了一台干涉显微镜 。 赫胥黎使用干涉显微镜对 横纹肌观察发现，收缩过程中暗带宽度不变，但明带 发生缩短，同时 带相应变窄。 年，赫胥黎和 同事结合观察结果提出肌肉收缩的滑动肌丝假说 （ ）。 滑动肌丝假说认为肌肉收缩是由于每一个肌节 缩短所致，而构成肌节的肌原纤维由两组走向平行 的粗、细肌丝构成。 粗肌丝主要成分为肌球蛋白 （），而细肌丝主要为肌动蛋白（）及辅助 蛋白。肌肉缩短和伸长均通过肌球蛋白和肌动 蛋白在肌节内的相互滑动实现，其滑动需要的 能量由肌球蛋白通过与肌动蛋白相互作用过程 中催化水解而将释放的化学能转化为机械 能提供。 年，赫胥黎的论文在枟枠发表 ，同 期杂志还发表一篇类似论文 ，巧合的是论文主要 完成人是与他同姓但无任何关联的休斯 赫胥黎 （ ），这两篇论文成为肌肉收缩研究的经 典文献。 当时，滑动肌丝假说并未被科学界普遍接 受，其理由包括：（）骨骼肌横纹结构可能对收缩无 太大意义，因平滑肌收缩就无需这种结构；（）肌球 蛋白是一种带有负电荷但没有复杂结构的大分子量 多肽，主要发挥结构支架作用，未有任何证据显示酶 活性。 今天，滑动肌丝假说已成为肌肉收缩的基本 模型，赫胥黎开创性将肌球蛋白和肌动蛋白生物化 学有机整合到肌肉收缩生理学，对推动该领域全面 发展具有里程碑意义。 八、贡献巨大 年，赫胥黎离开剑桥大学三一学院，加入 伦敦大学学院，成为生理系主任和生理学讲座教授， 年又被任命英国皇家学会研究教授。 年 到 年，赫胥黎担任英国皇家学会会长，而他祖 父也曾担任过这一职位，这在皇家学会历史上还是 首次。 年，赫胥黎接替科研挚友霍奇金成为三 一学院院长，从而打破三一学院多年院长任命惯例， 即一届科学家和一届艺术家交替担任。 赫胥黎为学 院投入大量精力，并且以作为校友而自豪，曾开玩笑 说三一学院诺贝尔奖得主比整个法国得主还多，当 然这仅是赫胥黎一个夸张式的描述，而事实远非 如此。 二十世纪八十年代，英国科学受到来自政府的 过多压力，赫胥黎积极利用自身学术地位为科学争 取地位，直言不讳指出英国科学结构、大学作用和自 然科学研究基础长期稳定等方面存在的一系列问 题，以期望政府的政策能够更多向科学倾斜，从而推 动科学长远发展和进步。 赫胥黎还为英国年轻科研 人员成长付出巨大心血。 赫胥黎一方面鼓励年轻人 员积极从事科学研究，另一方面还倾尽所能为刚开 始科研的年轻人提供多方面便利。 赫胥黎为促进国际生理科学发展做出了卓越贡 献。 赫胥黎曾担任两本杂志编辑，分别为枟生理学 杂志枠（ ）和枟分子生物学杂志枠 （ ）。 赫胥黎