Введение

Американский биолог Джеральд Морис Эдельман (англ. Gerald Maurice Edelman; 1 июля 1929 – 17 мая 2014) – американский биолог, разделивший Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1972 году с Родни Робертом Портером за исследования в области иммунной системы. Нобелевская премия Эдельмана была присуждена за открытие структуры молекул антител. В интервью он отмечал, что эволюция компонентов иммунной системы на протяжении жизни человека аналогична эволюции компонентов мозга в течение жизни. В этом есть преемственность между его работой по иммунной системе, за которую он был удостоен Нобелевской премии, и его последующими исследованиями в нейробиологии и философии сознания.

Ранние годы и образование

Джеральд Эдельман родился в 1929 году в Озоне-парке, Куинс, Нью-Йорк, в семье еврейских родителей, врача Эдварда Эдельмана и Анны (урождённой Фридман) Эдельман, работавшей в страховой отрасли. Он несколько лет учился игре на скрипке, но в итоге осознал, что ему не хватает внутреннего стремления для карьеры концертного скрипача, и решил посвятить себя медицинским исследованиям. Он учился в государственных школах Нью-Йорка, окончил среднюю школу Джона Адамса, а затем поступил в колледж Урсинус, который окончил с отличием (magna cum laude) со степенью бакалавра в 1950 году. В 1954 году он получил степень доктора медицины в медицинской школе Пенсильванского университета. После присуждения Нобелевской премии Эдельман начал исследования в области регуляции основных клеточных процессов, в частности контроля роста клеток и развития многоклеточных организмов, сосредоточившись на взаимодействии клеток на ранних стадиях эмбрионального развития, а также на формировании и функционировании нервной системы. Эти исследования привели к открытию молекул клеточной адгезии (CAM), которые направляют фундаментальные процессы, помогающие животному обрести свою форму, и посредством которых формируются нервные системы. Одним из важнейших открытий, сделанных в ходе этих исследований, стало то, что ген-предшественник молекулы клеточной адгезии нейронов в процессе эволюции дал начало всей молекулярной системе адаптивного иммунитета. За свои достижения Эдельман был избран членом Американской академии искусств и наук (1968) и Американского философского общества (1977).

Нобелевская премия

Служа в армии в Париже, Эдельман прочитал книгу, которая пробудила его интерес к антителам. Он решил, что, поскольку в книге было так мало информации об антителах, он продолжит их изучение по возвращении в Соединенные Штаты, что и привело его к изучению физической химии для получения докторской степени в 1960 году. За эту работу Эдельман и Портер разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1972 году.

Дисульфидные связи

Ранние исследования Эдельмана структуры белков антител показали, что дисульфидные связи соединяют белковые субъединицы. Ключевой особенностью этих моделей было представление о том, что антигенсвязывающие домены антител (Fab) включают аминокислоты как из легких, так и из тяжелых белковых субъединиц. Внутри- и межцепочечные дисульфидные связи способствуют сближению двух частей антигенсвязывающего домена.

Секвенирование антител

Эдельман и его коллеги использовали бромид цианогена и протеазы для фрагментации белковых субъединиц антитела на более мелкие фрагменты, которые можно было проанализировать для определения их аминокислотной последовательности. К моменту определения первой полной последовательности антитела (1969 год) это была самая большая из когда-либо определенных полных последовательностей белка. Доступность аминокислотных последовательностей антител позволила установить, что организм способен производить множество различных антител с похожими константными областями и различными вариабельными областями.

Топобиология

Топобиология – это теория Эдельмана, утверждающая, что морфогенез определяется дифференциальными адгезивными взаимодействиями между гетерогенными популяциями клеток и объясняющая, как из одной клетки может развиться сложный многоклеточный организм. Как предположил Эдельман в 1988 году, топобиология – это процесс, формирующий и поддерживающий дифференцированные ткани, который возникает в результате энергетически выгодного разделения клеток посредством гетерологичных клеточных взаимодействий.

Нейродарвинизм

Теория отбора групп нейронов Эдельмана, также известная как «нейродарвинизм», имеет три основных принципа: отбор развития, отбор опыта и реэнтри. Отбор развития – формирование грубой анатомии мозга контролируется генетическими факторами, но у каждого индивидуума связь между нейронами на синаптическом уровне и их организация в функциональные группы нейронов определяется соматическим отбором в процессе роста и развития. Этот процесс генерирует огромную вариабельность в нейронных схемах – как отпечаток пальца или радужная оболочка, у двух людей не будет абсолютно идентичных синаптических структур в любой сопоставимой области мозговой ткани. Их высокая степень функциональной пластичности и необычайная плотность взаимосвязей позволяют нейронным группам самоорганизовываться во множество сложных и адаптивных «модулей». Эти модули состоят из множества различных типов нейронов, которые, как правило, более тесно и плотно связаны друг с другом, чем с нейронами в других группах. Отбор опыта – перекрываясь с начальным ростом и развитием мозга и продолжаясь на протяжении всей жизни индивидуума, непрерывно происходит процесс синаптического отбора внутри разнообразных репертуаров нейронных групп. Этот процесс может усиливать или ослаблять связи между группами нейронов и ограничивается сигналами ценности, возникающими из активности восходящих систем мозга, которые постоянно модифицируются успешными результатами. Отбор опыта генерирует динамические системы, способные «отображать» сложные пространственно-временные события из органов чувств, систем организма и других нейронных групп мозга на другие отобранные нейронные группы. Эдельман утверждает, что этот динамический селективный процесс прямо аналогичен процессам отбора, действующим на популяции индивидуумов в видах, и также отмечает, что эта функциональная пластичность необходима, поскольку даже огромная кодирующая способность всего человеческого генома недостаточна для явного определения астрономически сложных синаптических структур развивающегося мозга. Реэнтри – концепция реэнтрантного сигналинга между нейронными группами. Он определяет реэнтри как непрерывный рекурсивный динамический обмен сигналами, происходящий параллельно между картами мозга, и постоянно связывающий эти карты друг с другом во времени и пространстве (видеофрагмент: Эдельман демонстрирует спонтанное формирование групп нейронов с реэнтрантными связями). Реэнтри в своей работе опирается на сложные сети массивно параллельных взаимных связей внутри и между нейронными группами, которые возникают в результате процессов отбора развития и отбора опыта, описанных выше. Эдельман описывает реэнтри как «форму продолжающегося отбора высшего порядка, которая, по-видимому, уникальна для мозгов животных» и утверждает, что «нет другого объекта во известной вселенной, настолько отчетливо отличающегося реэнтрантными цепями, как человеческий мозг».

Теория эволюции

Эдельман и Галли первыми отметили повсеместность дегенеративности в биологических системах и фундаментальную роль, которую дегенеративность играет в обеспечении эволюции.

Поздняя карьера

Эдельман основал и руководил Институтом нейронаук, некоммерческим исследовательским центром в Сан-Диего, который с 1993 по 2012 год изучал биологические основы высших когнитивных функций у человека. Он был членом научного совета проекта "Всемирный диалог знаний". Эдельман входил в консультативный совет Фестиваля науки и инженерии США.

Личное

Эдельман женился на Максин М. Моррисон в 1950 году. Она была исполнительницей, писателем и автором песен. Некоторые наблюдатели отметили, что персонаж в романе Ричарда Пауэрса «Создатель эха» может быть отсылкой к Эдельману.

Здоровье и смерть

В более поздние годы у него диагностировали рак предстательной железы и болезнь Паркинсона. Эдельман умер 17 мая 2014 года в Ла-Хойе, Калифорния, в возрасте 84 лет.