アーチボルド・ヒル：筋肉を測定した数学者

アーチボルド・ヴィヴィアン・ヒル (Archibald Vivian Hill) は、収縮する筋肉から発せられる熱を検出した功績によりノーベル賞を受賞した。その熱量は極めて微小であったため、測定するには熱電対を自ら改良しなければならなかった。彼は青年時代に、酸素がヘモグロビンに結合する仕組みを現在でも記述している方程式をすでに導き出していた。また、戦時には「ヒルの山賊団 (Hill's Brigands)」と称された高射砲部隊を率い、レーダー開発委員会に参加し、ナチス・ドイツから900人の学者を救出する支援も行った。

ブリストルとケンブリッジ

ヒルは1886年9月26日にブリストルで、ジョナサン・ヒル (Jonathan Hill) とエイダ・プリシラ・ラムニー (Ada Priscilla Rumney) の間に生まれた。ブルンダルズ・スクール (Blundell's School) で教育を受けた後、ケンブリッジ大学のトリニティ・カレッジに進学し、数学を専攻して、イギリスで最も過酷な試験である同年の最高難度試験（ラングラー）で第3位の成績を収めた。

その後、彼は生理学へ転向した。この転換こそが彼の真骨頂であり、現象は数量として表現されて初めて理解されるという数学者の信念を生物学にもたらした。

1913年、経済学者ジョン・ネヴィル・キインズ (John Neville Keynes) の娘であり、ジョン・メイナード・キインズ (John Maynard Keynes) および外科医のジェフリー・キインズ (Geoffrey Keynes) の妹であるマーガレット・ネヴィル・キインズ (Margaret Neville Keynes) と結婚した。4人の子供はいずれも学者となり、ポリー・ヒル (Polly Hill) は経済学者、デヴィッド・キインズ・ヒル (David Keynes Hill) は生理学者、ジャネット・ヒル (Janet Hill) は児童精神科医、モーリス・ヒル (Maurice Hill) は海洋学者となった。

方程式

ヒルの最初の業績は、彼の修業時代が終わる前に現れた。1909年、まだ学部生であった彼は、ニコチンやクラーレが神経筋接合部に結合する仕組みを研究する中で、現在ラングマイヤー方程式として知られる関係を導き出した。1910年には、酸素がヘモグロビンに結合する仕組みを記述するヒル方程式を定式化した。

ヒル方程式は、1世紀を経た現在でも生化学における標準であり続けている。その指数であるヒル係数は、協同性（ある部位への結合が他の部位の親和性を変化させる度合い）をミカエリス・メンテンのキネティクスからの逸脱として測定するものである。これは分子がシグナルにどう応答するかを記述するための普遍的なツールであり、それを青年期の彼が、自身のキャリアを築く前に導き出したのである。

ヒルの山賊団

第一次世界大戦により、彼は研究室を離れることになった。ヒルはケンブリッジシャー連隊の銃撃士官として従軍し、1915年末には軍需省に加わった。1915年当時、対空砲火は主に推測に頼っており、その主な理由は航空機の高度を確実に測定できる者がいなかったからである。ヒルは高度を測定するための2面鏡式の手法を考案し、「ヒルの山賊団」として知られるようになった対空実験部隊を組織して、高射砲用の正確な射表を作成した。1918年には大英帝国勲章オフィサー (OBE) に叙された。

筋肉の熱

1920年、ヒルはヴィクトリア大学マンチェスター校の生理学教授に就任し、彼にノーベル賞をもたらすことになる疑問に取り組んだ。すなわち、筋肉が収縮するとき、エネルギー的には何が起きているのかという問いである。

自ら改良した熱電対装置を用いて、彼は筋肉が放出する熱を厳密に測定した。その結果は明確かつ決定的であった。熱は収縮時に発生し、そこでは化学エネルギーの投資が必要となるが、受動的な過程である弛緩時には熱は発生しない。これにより、筋肉は熱力学の通常の勘定体系の中に位置づけられることになった――すなわち、化学エネルギーを仕事と熱に変換する、測定可能な帳簿を備えた機械である。

1922年、彼は運動生理学において決して外すことのでえない2つの概念、すなわち最大酸素摂取量と酸素負債を導入した。現代のあらゆる運動能力の測定基準はこれらに由来している。彼の研究は、同一プロセスの化学に関するオットー・フリッツ・マイヤーホフ (Otto Fritz Meyerhof) の研究と並行して進められ、1922年には両者が生理学・医学賞を共同受賞した。ヒルの受賞理由は「筋肉における熱産生および機械的仕事の解明に対して」であった。

学問分野の創設

ヒルは1923年にユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン (University College London) の教授となり、1951年に退官するまでその職に留まった。同年、同大学に生物物理学科を設立した。彼はヘルマン・フォン・ヘルムホルツ (Hermann Helmholtz) と並び、生生物組織は物理法則に従い、それに応じて計測可能であるという主張を掲げた生物物理学の創始者の一人とみなされている。

栄誉は絶え間なく続いた。1918年に王立協会フェロー (Fellow of the Royal Society)、1926年にロイヤル・メダル、1928年にアクトニアン賞、1934年にアメリカ芸術科学アカデミーの外国人名誉会員、1938年にアメリカ哲学協会会員、1946年にコンパニオン・オブ・オナー勲章、1948年にコプリ・メダルを受章した。

救出

1933年、ヒトラーが権力を掌握し、ドイツの大学がユダヤ系学者の追放を開始すると、ヒルはウィリアム・ベヴァリッジ (William Beveridge) およびロード・ラザフォード (Lord Rutherford) と共に学術支援評議会 (Academic Assistance Council) を共同設立した。戦争勃発までに、同評議会は900人の学者をナチスの迫害から救い出し、そのうち18人が後にノーベル賞を受賞した。彼の孫であるニコラス・ハンフリー (Nicholas Humphrey) は、ヒルのハイゲートの自宅には、亡命したノーベル賞受賞者が常に18人ほど滞在していたと回想している。

ヒルは研究室にヒトラーの玩具のフィギュアを置いていたが、それはドイツが自分に引き渡してくれた科学者たちに対する感謝の象徴なのだと説明していた。「笑いこそは、不条理に対する最良の洗剤だ」と彼は語った。

議会と第二の戦争

彼はパトリック・ブラケット (Patrick Blackett) およびヘンリー・ティザード (Henry Tizard) と共に、1935年のレーダー開発委員会に参加した。1940年から1945年まで、ケンブリッジ大学選出の無所属の下院議員を務めた。1940年にワシントンのイギリス大使館に赴任し、科学協力を推進して、原子兵器に関する研究を除き、まだ中立であったアメリカ合衆国の当局者と自国政府の研究成果を共有するよう説得した。また、イギリスが敵性外国人として収容していた難民科学者たちの解放にも尽力した。

1943年11月から1944年4月にかけてインドを歴訪して科学研究を調査し、その勧告はインド工科大学 (Indian Institutes of Technology) の設立の形を整えるのに貢献した。

晩年

ヒルは1952年に英国学術振興協会 (British Association for the Advancement of Science) の会長を、1955年から1960年まで海洋生物学協会 (Marine Biological Association) の会長を務めた。1967年にケンブリッジに隠居し、徐々に足の自由を失っていった。1977年6月3日に同地で90歳で死去し、世界中の100人を超える科学的後継者たちから深い愛情をもって記憶されている。2015年9月9日、イングリッシュ・ヘリテージ (English Heritage) は彼のハイゲートの自宅にブループラークを設置した。

ヒルが重要である理由

ヒルは生理学を定量的なものに変えた。誰も成し得なかった精度で筋肉内のエネルギーを測定し、生化学には日常的に使用される方程式を遺し、その手法を推し進めるための学科と学問分野を創設した。そして残りの人生を、対空砲火、レーダー、戦時同盟、そして政府が破壊しようとした900人の学者の生命という、研究室の外の問題に対して同じ真摯さで向き合うことに捧げた。