Archibald Hill: Il matematico che ha misurato il muscolo

Archibald Vivian Hill vinse un premio Nobel per aver rilevato il calore emesso da un muscolo in contrazione — quantità così minime che dovette perfezionare la termocoppia prima di poterle anche solo osservare. Aveva già scritto, in giovane età, l'equazione che descrive ancora oggi come l'ossigeno si lega all'emoglobina. Diresse inoltre un'unità di artiglieria in tempo di guerra soprannominata "I briganti di Hill", fece parte del comitato che produsse il radar e contribuì a salvare novecento accademici dalla Germania nazista.

Bristol e Cambridge

Hill nacque il 26 settembre 1886 a Bristol da Jonathan Hill e Ada Priscilla Rumney. Studiò alla Blundell's School e frequentò il Trinity College di Cambridge, dove studiò matematica e si classificò terzo wrangler — tra i primissimi del suo anno nell'esame più severo della Gran Bretagna.

In seguito passò alla fisiologia. Questa svolta lo definì: portò nella biologia la convinzione matematica secondo cui un fenomeno non è compreso finché non viene espresso come quantità.

Nel 1913 sposò Margaret Neville Keynes, figlia dell'economista John Neville Keynes e sorella di John Maynard Keynes e del chirurgo Geoffrey Keynes. Tutti e quattro i loro figli intrapresero la carriera accademica: Polly Hill fu economista, David Keynes Hill fisiologo, Janet Hill neuropsichiatria infantile e Maurice Hill oceanografo.

Le equazioni

I primi contributi di Hill arrivarono prima che avesse completato la sua formazione. Nel 1909, ancora studente universitario, ricavò la relazione oggi nota come equazione di Langmuir studiando il modo in cui nicotina e curaro si legano alla giunzione neuromuscolare. Nel 1910 formulò l'equazione di Hill, che descrive come l'ossigeno si lega all'emoglobina.

L'equazione di Hill rimane uno standard in biochimica un secolo dopo. Il suo esponente — il coefficiente di Hill — misura la cooperatività, ovvero il grado in cui il legame in un sito altera l'affinità degli altri, espresso come scostamento dalla cinetica di Michaelis-Menten. È lo strumento comune per descrivere come una molecola risponda a un segnale, ricavato da un giovane prima ancora che avesse una carriera.

I briganti di Hill

La prima guerra mondiale lo distolse dal laboratorio. Hill prestò servizio come ufficiale di fucileria nel reggimento del Cambridgeshire e, alla fine del 1915, entrò a far parte del Ministero delle Munizioni. Nel 1915 la difesa contraerea era in gran parte affidata a tentativi e congetture, soprattutto perché nessuno riusciva a determinare con precisione l'altezza di un velivolo. Hill ideò un metodo a due specchi per misurarla e costituì la Sezione Sperimentale Antiaerea — il gruppo noto come "i briganti di Hill" —, che produsse tabelle di tiro accurate per i cannoni contraerei. Nel 1918 fu nominato ufficiale dell'Ordine dell'Impero Britannico (OBE).

Il calore nel muscolo

Nel 1920 Hill ottenne la cattedra di fisiologia alla Victoria University di Manchester e si dedicò al problema che gli sarebbe valso il Nobel: cosa accade, dal punto di vista energetico, quando un muscolo si contrae?

Utilizzando apparecchiature a termocoppia che aveva perfezionato personalmente, effettuò misurazioni rigorose del calore rilasciato da un muscolo. Il risultato fu netto e decisivo. Il calore viene prodotto durante la contrazione, che richiede un investimento di energia chimica; non viene prodotto durante il rilassamento, che è passivo. Il muscolo entrava così nella normale contabilità della termodinamica: una macchina che converte energia chimica in lavoro e calore, con un bilancio misurabile.

Nel 1922 introdusse due concetti che non avrebbero mai più abbandonato la fisiologia dell'esercizio: il massimo consumo di ossigeno e il debito di ossigeno. Ogni misura moderna della capacità atletica discende da essi. Il suo lavoro procedette in parallelo con quello di Otto Fritz Meyerhof sulla chimica dello stesso processo, e nel 1922 i due condivisero il premio Nobel per la fisiologia o la medicina, con la motivazione per Hill "per la sua delucidazione della produzione di calore e lavoro meccanico nei muscoli".

La fondazione di una disciplina

Hill divenne professore allo University College London nel 1923 e vi rimase fino al pensionamento nel 1951, anno in cui vi fondò un dipartimento di biofisica. È considerato, insieme a Hermann Helmholtz, uno dei padri della biofisica: l'affermazione secondo cui i tessuti viventi obbediscono alle leggi della fisica e possono essere misurati di conseguenza.

I riconoscimenti si susseguirono con regolarità: membro della Royal Society nel 1918, Medaglia Reale nel 1926, Premio Actonian nel 1928, membro straniero dell'Accademia americana delle arti e delle scienze nel 1934 e della Società filosofica americana nel 1938, Compagno d'Onore nel 1946 e Medaglia Copley nel 1948.

Il salvataggio

Nel 1933, mentre Hitler prendeva il potere e le università tedesche iniziavano a espellere gli studiosi ebrei, Hill cofondò l'Academic Assistance Council insieme a William Beveridge e lord Rutherford. Allo scoppio della guerra l'organizzazione aveva salvato 900 accademici dalla persecuzione nazista; diciotto di loro avrebbero in seguito vinto il premio Nobel. Suo nipote Nicholas Humphrey ricordò che la casa di Hill a Highgate ospitava regolarmente diciotto premi Nobel in esilio contemporaneamente.

Hill teneva nel suo laboratorio una statuetta giocattolo di Hitler, spiegando che rappresentava la sua gratitudine per gli scienziati che la Germania gli aveva consegnato. "La risata", disse, "è il miglior detersivo contro le sciocchezze".

Il Parlamento e una seconda guerra

Fece parte del comitato del 1935 che sviluppò il radar, insieme a Patrick Blackett e Henry Tizard. Dal 1940 al 1945 fu membro della Camera dei Comuni come deputato indipendente per l'Università di Cambridge. Inviato presso l'ambasciata britannica a Washington nel 1940, spinse per la cooperazione scientifica e persuase il proprio governo a condividere la ricerca con i funzionari degli Stati Uniti, all'epoca ancora neutrali, fatta eccezione per il lavoro sulle armi atomiche. Si adoperò inoltre per liberare gli scienziati rifugiati che la Gran Bretagna aveva internato come nemici stranieri.

Tra il novembre 1943 e l'aprile 1944 visitò l'India per esaminare la ricerca scientifica locale; le sue raccomandazioni contribuirono alla nascita degli Istituti indiani di tecnologia.

Ultimi anni

Hill presiedette la British Association for the Advancement of Science nel 1952 e la Marine Biological Association dal 1955 al 1960. Si ritirò a Cambridge nel 1967 e perse progressivamente l'uso delle gambe. Vi morì il 3 giugno 1977, all'età di novant'anni, profondamente amato da oltre cento discendenti scientifici in tutto il mondo. L'English Heritage ha affisso una targa blu sulla sua casa di Highgate il 9 settembre 2015.

Perché Hill è importante

Hill ha reso quantitativa la fisiologia. Ha misurato l'energia nel muscolo con una precisione mai raggiunta prima, ha donato alla biochimica un'equazione ancora oggi in uso quotidiano e ha fondato un dipartimento e una disciplina per portare avanti quel metodo. Ha poi trascorso il resto della vita applicando la stessa serietà a problemi esterni al laboratorio: il tiro contraereo, il radar, l'alleanza bellica e la vita di novecento accademici che un governo voleva distruggere.