أرشيبالد هيل: الرياضي الذي قيس العضلة

فاز أرشيبالد فيفيان هيل (Archibald Vivian Hill) بجائزة نوبل لاكتشافه الحرارة المنبعثة من عضلة تنقبض — وهي كميات ضئيلة لدرجة أنه اضطر إلى تحسين المزدوج الحراري قبل أن يتمكن من رؤيتها على الإطلاق. وكان قد كتب بالفعل، عندما كان شابًا، المعادلة التي لا تزال تصف كيفية ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين. كما أدار وحدة مدفعية في زمن الحرب أُطلق عليها لقب "لصوص هيل"، وعمل في اللجنة التي أنتجت الرادار، وساعد في إنقاذ تسعمائة أكاديمي من ألمانيا النازية.

بريستول وكامبريدج

وُلد هيل في 26 سبتمبر 1886 في بريستول لأبوين هما جوناثان هيل (Jonathan Hill) وأدا بريسيلا رومني (Ada Priscilla Rumney). تلقى تعليمه في مدرسة بلونديل (Blundell's School) وذهب إلى ترينيتي كوليدج، كامبريدج، حيث درس الرياضيات وخرج في المرتبة الثالثة بين المتفوقين (wrangler) — من بين النخب في سنته في أقسى امتحان في بريطانيا.

ثم تحول إلى علم وظائف الأعضاء (فيسيولوجيا). لقد حددت هذه الخطوة شخصيته: فقد جلب إلى علم الأحياء إصرار الرياضي على أن الظاهرة لا تُفهم إلا إذا تم التعبير عنها بكمية.

في عام 1913، تزوج من مارغريت نيفيل كينز (Margaret Neville Keynes)، ابنة الاقتصادي جون نيفيل كينز (John Neville Keynes) وأخت جون ماينارد كينز (John Maynard Keynes) والجراح جيفري كينز (Geoffrey Keynes). أصبح أطفالهم الأربعة جميعًا علماء: بولي هيل (Polly Hill) اقتصادية، وديفيد كينز هيل (David Keynes Hill) أخصائي وظائف أعضاء، وجانيت هيل (Janet Hill) طبيبة نفسية أطفال، وموريس هيل (Maurice Hill) عالم محيطات.

المعادلات

جاءت إسهامات هيل الأولى قبل أن ينتهي من تدريبه. في عام 1909، بينما كان لا يزال طالبًا جامعيًا، اشتق العلاقة المعروفة الآن بمعادلة لانغموير أثناء دراسته لكيفية ارتباط النيكوتين والкураرا (curare) في الموصل العصبي العضلي. وفي عام 1910 صاغ معادلة هيل، التي تصف كيفية ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين.

تظل معادلة هيل معيارية في الكيمياء الحيوية بعد مرور قرن من الزمان. ويقيس أسها — معامل هيل — التعاونية، وهي درجة ارتباط الارتباط في موقع واحد بغيره لتغيير ألفة المواقع الأخرى، معبرًا عنها بانحراف عن حركية ميخائيل-منتين. إنها الأداة العادية لوصف كيفية استجابة الجزيء للإشارة، وقد استمدها شاب قبل أن يكون لديه مسيرة مهنية.

لصوص هيل

أخرجته الحرب العالمية الأولى من المختبر. خدم هيل كضابط رماية لفوج كامبريدجشاير، وفي أواخر عام 1915 انضم إلى وزارة الذخائر. كانت مدفعية المضادات الطائرات في عام 1915 قائمة إلى حد كبير على التخمين، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن أحدًا لم يستطيع تحديد ارتفاع الطائرة بشكل موثوق. ابتكر هيل طريقة مرآتين لقياسه، وجمع قسم التجربة المضادة للطائرات — المجموعة التي أصبحت تُعرف باسم "لصوص هيل" ("Hill's Brigands") — والذي أنتج جداول مدى دقيقة لمدافع المضادات الطائرات. وقد تم تعيينه ضابطًا في رتبة الإمبراطورية البريطانية (OBE) في عام 1918.

الحرارة في العضلة

في عام 1920، تولى هيل كرسي علم وظائف الأعضاء في جامعة فيكتوريا في مانشستر وتحول إلى السؤال الذي سينال عليه جائزة نوبل: ماذا يحدث، من الناحية الحركية، عندما تنقبض العضلة؟

باستخدام معدات مزدوجة حرارية قام بتحسينها بنفسه، قام بقياسات دقيقة للحرارة التي تطلقها العضلة. كانت النتيجة نظيفة و حاسمة. يتم إنتاج الحرارة أثناء الانقباض، وهو ما يتطلب استثمارًا للطاقة الكيميائية؛ ولا يتم إنتاجها أثناء الاسترخاء، وهو أمر سلبي. وبذلك وضعت العضلة داخل المحاسبة العادية للديناميكا الحرارية — وهي آلة تحول الطاقة الكيميائية إلى شغل وحرارة، مع دفتر حسابات قابل للقياس.

في عام 1922، قدم مفهومين لم يفارقا أبدًا فسيولوجيا التمارين الرياضية: الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين ودين الأكسجين. كل مقياس حديث للقدرة الرياضية ينحدر منهما. سار عمله بالتوازي مع عمل أوتو فريتز مايرهوف (Otto Fritz Meyerhof) حول كيمياء نفس العملية، وفي عام 1922 تقاسم اثنان جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب، وجاء نص تكريم هيل "لتوضيحه لإنتاج الحرارة والعمل الميكانيكي في العضلات."

تأسيس تخصص

أصبح هيل أستاذًا في جامعة كوليدج لندن في عام 1923 وبقي حتى تقاعده في عام 1951، وهو العام الذي أسس فيه قسم الفيزياء الحيوية هناك. يُعتبر، إلى جانب هرمان فون هلمهولتز (Hermann Helmholtz)، مؤسسًا للفيزياء الحيوية — الإصرار على أن الأنسجة الحية تخضع للقانون الفيزيائي ويمكن تجهيزها بالأجهزة وفقًا لذلك.

تلتها الأوسمة باستمرار: زميل الجمعية الملكية في 1918، وسام الملكية في 1926، وجائزة أكتونيان في 1928، وعضوية أجنبية في الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم في 1934 والجمعية الفلسفية الأمريكية في 1938، ومرافق الشرف في 1946، وسام كوبلي في 1948.

الإنقاذ

في عام 1933، عندما تولى هتلر السلطة وشاركت الجامعات الألمانية في طرد العلماء اليهود، شارك هيل في تأسيس مجلس المساعدة الأكاديمية مع ويليام بيفريدج (William Beveridge) ولورد رذرفورد (Lord Rutherford). بحلول اندلاع الحرب، كان قد أنقذ 900 أكاديمي من الاضطهاد النازي؛ وحاز ثمانية عشر منهم لاحقًا على جوائز نوبل. وتذكر حفيده نيكولاس همفري (Nicholas Humphrey) أن منزل هيل في هايغيت كان يستضيف بانتظام ثمانية عشر حائزًا على جائزة نوبل منفيين في نفس الوقت.

احتفظ هيل بتمثال صغير للعبة لهتلر في مختبره، موضحًا أنه يرمز إلى امتنانه للعلماء الذين سلمتهم ألمانيا له. وقال: "الضحك هو أفضل منظف للعبث."

البرلمان وحرب ثانية

خدم في لجنة عام 1935 التي طورت الرادار، إلى جانب باتريك بلاكيت (Patrick Blackett) هنري تيزارد (Henry Tizard). ومن عام 1940 إلى عام 1945 جلس في مجلس العموم كعضو مستقل في البرلمان عن جامعة كامبريدج. أُرسل إلى السفارة البريطانية في واشنطن في عام 1940، فدفع نحو التعاون العلمي وأقنع حكومته الخاصة بمشاركة أبحاثها مع مسؤولي ولايات متحدة لا تزال محايدة — باستثناء أبحاث الأسلحة الذرية. كما عمل على إطلاق سراح العلماء اللاجئين الذين احتجزتهم بريطانيا كأجانب أعداء.

بين نوفمبر 1943 وأبريل 1944، قام بجولة في الهند مستطلعًا أبحاثها العلمية؛ وساعدت توصياته في تشكيل تأسيس المعاهد الهندية للتكنولوجيا.

السنوات الأخيرة

ترأس هيل الجمعية البريطانية لتقدم العلوم في عام 1952 وجمعية الأحياء البحرية من 1955 إلى 1960. تقاعد في كامبريدج في عام 1967 وفقد تدريجياً القدرة على استخدام ساقيه. وتوفي هناك في 3 يونيو 1977، عن عمر ناهز التسعين عامًا، وهو يحظى بعاطفة عميقة من قبل أكثر من مائة من أحفاده العلميّين حول العالم. وضعت التراث الإنجليزي لوحة زرقاء في منزله لهايغيت في 9 سبتمبر 2015.

لماذا يهم هيل

جعل هيل فسيولوجيا الكمية. لقد قاس الطاقة في العضلة بدقة لم يحققها أحد، وأعطى الكيمياء الحيوية معادلة لا تزال قيد الاستخدام اليومي، وأسس قسمًا وتخصصًا لحمل الطريقة إلى الأمام. ثم أمضى بقية حياته في تطبيق نفس الجدية على مشاكل خارج المختبر — نيران المضادات الطائرات، والرادار، والتحالف في زمن الحرب، وحياة تسعمائة عالم أرادت حكومة تدميرهم.