Вильгельм Гис-старший: микротом и нейроэмбриология
Мы продолжаем рассказ об истории нейронаук в биографиях самых выдающихся ее творцов.
Человек, о котором пойдет речь в сегодняшней статье сделал очень много для нейронаук.
Во-первых, он дал в руки ученых инструмент, которым большинство исследователей пользуется до сих пор. Во-вторых, он заложил основы наших знаний о том, как развивается нервная система. А, в-третьих, он дал в руки аргументы тем, кто считал, что нервная система состоит из отдельных нервных клеток.
Но давайте обо всем по порядку. Итак, Вильгельм Гис-старший.
Родился 9 июля 1831 года, Базель, Швейцария
Умер1 мая 1901 года, Лейпциг, Королевство Саксония, Германия
Известен как: основатель нейроэмбриологии, сторонник нейронной теории, создатель микротома
Вообще-то, фамилией нашего героя должна была быть другой. Отца Вильгельма звали Эвард Окс (Ochs), однако с немецкого «окс» переводился как «бык», а в просторечии это слово воспринималось как «тупица» (недаром в английском dumb ox – это «болван»). Поэтому, когда Эвард женился на Катарине Ла Рош, он взял себе фамилию Гис [1].
Вильгельм начинал учиться медицине в Базеле, затем продолжил обучение в Берне, а потом отправился в Берлин изучать анатомию и эмбриологию у таких корифеев, как Йоханнес Мюллер и Роберт Ремак (тот самый Ремак, который в 1838 году впервые окончательно показал, что нервы не представляют собой полые трубки и который с Мюллером сократил количество зародышевых лепестков до трех). Именно лекции Ремака и вдохновили Гиса на то, чтобы стать эмбриологом. После Берлина Гис еще проучился в Вюрцбурге, где на него оказал огромное влияние Рудольф Вирхов (читайте о нем отдельную главу), а также в Праге и Вене, после чего вернулся в Базель, где в 1854 году получил степень доктора медицины. Отныне Гис мог открыть свою практику. Его докторская диссертация была посвящена анатомии и патологии роговицы. Эту тему предложил ему Вирхов, ставший не только ментором, но и другом.
Успехи Гиса были столь велики, что уже в 1857 году, в возрасте 26 лет, он получил кафедру анатомии в Университете в Базеле. Заняв эту кафедру, он сосредоточился на эмбриологических исследованиях – и именно для них создал инструмент, который используется в разных науках о живом до сих пор: микротом.
Конечно, непосредственно микротом как инструмент, Гис не изобретал. Как только появилась и распространилась микроскопия, появилась потребность в способности нарезать ткань на тонкие срезы (как минимум, 0,1 мм). Вероятно, один из первых микротомов построил в 1770 году британец Джордж Адамс-младший. В том же году его усовершенствовал знаменитый Александр Каммингс, более известный патентом на туалет со сливным бачком и S-образным гидрозатвором. Устройство управлялось вручную, образец удерживался в цилиндре, срезы создавались из верхней части образца с помощью ручного кривошипа.
Приложил руку к созданию микротомов (как говорят) и вездесущий Ян Эвангелиста Пуркинье (о нём мы уже писали). По крайней мере, ему приписывают первое практическое применение микротомов.
Но гистологический микротом, используемый в нейронауках, удобный и практичный создал именно Вильгельм Гис-старший в 1865 или 1866 году. В своем труде Beschreibung eines Mikrotoms (то бишь, «Описание микротома») он говорил [2]:
«Это устройство обеспечило ту точность в работе, с помощью которой я могу делать срезы, которые невозможно создать вручную. Он же позволил мне добиться получения нетронутых срезов объектов в ходе исследований».
Как мы увидим позже, его микротом дал возможность делать срезы толщиной до пяти микрон!
Опубликовав в 1870 году описание своего микротома, Гис принялся за изучение того, как развиваются нервы в растущем эмбрионе человека, не оставляя эмбриологии как таковой: в 1880-1885 годах у него вышло три тома самого подробного атласа анатомии эмбриона человека [3].
К 1886 году Гис собрал коллекцию из 12 человеческих эмбрионов различной измеренной длины и предполагаемого гестационного возраста в диапазоне размеров от 2,15 мм до 24 мм и от 2 недель до 8,5 недель. Эту коллекцию ему помогали собирать исследователи со всей Европы. В основополагающей публикации того же года[4] он описывал, как это происходило:
«В последнее время я получил новый и превосходный материал. Среди последних есть два особенно хорошо сохранившихся человеческих эмбриона. За один из них (длиной 6,9 мм )я благодарен господину д-ру Бреннеке в Суденбурге-Магдебурге, а другую (длиной 10,9 мм) предложил господин профессор Дорн в Неаполе».
Он изучал развитие нервных волокон у эмбрионов все старше и старше.
Например, он противопоставил молодому эмбриону N, чьи
«нервы . . . остановились [в росте]только на полпути, и дистальная часть [конечности] полностью свободна от нервов», с более старым эмбрионом Zw, в котором нервы уже достигли «оснований пальцев, но ни один [пока еще не оказался] на территории концевых фаланг».
Для обозначения эмбрионов он, по-видимому, в одном случае использовал инициалы коллег, приславших ему материал, а в других – название города происхождения [5].
В этих пионерских исследованиях Гис мастерски применял свое изобретение – микротом. Судя по всему, он сумел, работая с эмбрионами, которые сами по себе имели длину порой в несколько миллиметров, получать из них гистологические срезы толщиной до пяти микрон! Вот что он писал сам:
«Оба [образца], обозначенные Br3 и N, сначала подверглись окрашиванию гематоксилином и эозином, а затем были разрезаны на 10-микронные срезы соответственно, причем дистальные части Br3были даже [разрезаны] на 5-микронные фронтальные срезы».
Тщательное изучение этой замечательной коллекции, которое продолжалось много лет (1870-1880-е), привело Гиса к важному выводу: нервные клетки являются отдельными единицами нервной системы, а передача нервных импульсов возможна без прямой непрерывности между нейронами. Нейронная теория получила много очков в свою пользу.
Добавьте к этому первые наблюдения того, как появляется нервная система человека:
«Несомненно, что первыми нервными волокнами, появляющимися в спинном мозге, являются передние корешковые волокна. Как я уже отмечал в своей предыдущей работе, корни эмбриона R состоят из небольших пучков ануклеатных волокон, которые могут следовать обратно к клеткам в передней половине спинного мозга; [эти клетки] обычно расположены близко к выходным точкам [спинного мозга], и их ядра сходятся к последним. Срезы Br3дают аналогичную картину, однако количество отходящих волокон и площадь родственных клеток значительно возросли . . . Каждое нервное волокно, происходящее из этих клеток, появляется в непосредственной близости от одного ядерного полюса с конически увеличенным основанием и демонстрирует отчетливую фибриллярную полосу в начале. Кроме одиночного цилиндра оси, другие процессы едва ли присутствуют. Клеточное тело лишь немного превосходит ядро, и везде, где его можно увидеть непокрытым, оно кажется усеянным тупыми шипами. Поэтому образование разветвленных концов происходит гораздо позже по времени, чем образование осевого цилиндра» [5].
Фактически, Гис открыл аксоны, а в 1889 году именно он дал название другим отросткам нейрона – дендритам.
В 1894 году наш герой получил еще одно интереснейшее поручение: он руководил поисками останков заново открытого великого композитора Иоганна Себастьяна Баха [6].
В итоге останки нашлись во дворе церкви св. Иоанна в Лейпциге, при которой и работал Бах в конце жизни. Точнее, нашлась вероятная могила композитора, в которой находился скелет «старого, не очень высокого, но крепко сложенного мужчины». Гис создал метод, по которому нанятый им скульптор воссоздал на черепе портрет – и он оказался очень похож на прижизненные портреты Баха (в скобках отметим, что останки были перезахоронены в той же церкви в 1900 году, а после разрушения храма во Вторую мировую войну, их перезахоронили в церкви св. Фомы).
Затем Гис вместе с Адамом Политцером, профессором и авторитетнейшим специалистом по слуху тщательно изучили череп, обнаружив необыкновенно большой первый виток улитки, хорошо развитые височные кости и круглое окно, а также «отпечатки» сильно развитых височных долей и веретенообразной извилины в эндокране (внутренней поверхности) черепа. На основании этого Гис заключил, что найденный ими мужчина имел очень развитый слух и слуховую кору (локализация которой к тому времени уже была известна).
Помимо своего научного наследия, герой этой главы оставил и свое личное продолжение в науке.
У Вильгельма Гиса-старшего было шестеро детей, но один из них, третий, которого тоже звали Вильгельм, сумел если не превзойти отца, то стать ему под стать.
Еще при жизни отца, в 1893 году, он описал нервно-мышечный предсердно-желудочковый пучок сердца (пучок Гиса). Но помимо кардиологии Гис прославился и в изучении инфекционных болезней. В 1916 году он независимо от немецкого врача Генриха Вернера описал новую лихорадку, которая впервые себя проявила в окопах Первой мировой на Волыни. Оказалось, что эту «пятидневную лихорадку» переносила платяная вошь, при этом возбудителем оказалась бактерия Bartonella quintana. Сейчас волынскую (траншейную) лихорадку иногда называют болезнью Вернера-Гиса. Но этого открытия Гис-старший уже не застал: он умер в 1904 году, прожив достаточно долгую жизнь, дожив до почти полного признания нейронной теории – разве что Камилло Гольджи продолжал оспаривать очевидное. Даже в своей Нобелевской лекции. Последняя работа Гиса была опубликована в год его смерти, она была посвящена развитию человеческого мозга в первые два месяца гестации эмбриона.
1. Loukas, M., Clarke, P., Tubbs, R. S., Kapos, T., & Trotz, M. (2008). The His family and their contributions to cardiology. International Journal of Cardiology, 123(2), 75–78. doi:10.1016/j.ijcard.2006.12.070
2. His W. Description of a microtome. ArchMicroskop Anat 1870;6:229–32.
3. His W. Anatomy of the Human Embryo, 3 pt and atlas, Leipzig: FCW, Vogel, 1880–1885
4. His W. Zur Geschichte des menschlichen Rückenmarkes und der Nervenwurzeln: Sächsische Akademie der Wissenschaften zu Leipzig. Mathematisch-Physicalische Classe. 1886;13: 477-513.
5. Louis ED, Stapf C. Unraveling the Neuron Jungle: The 1879-1886 Publications by Wilhelm His on the Embryological Development of the Human Brain. Arch Neurol. 2001;58(11):1932–1935. doi:10.1001/archneur.58.11.1932
6. Peipert J.F, Roberts C.S. (1986) Wilhelm His, Sr.’s finding of Johann Sebastian Bach. Am J Cardiol. 57(11):1002. DOI:10.1016/0002-9149(86)90749-6