Laureáti Nobelovy ceny

V roce 1967 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu tři badatelé na poli fyziologie zraku – finsko-švédský neurofyziolog Ragnar Arthur Granit, americký biofyzik Haldan Keffer Hartline a americký biolog George Wald. 

GEORGE WALD

(1906–1997)

V newyorské čtvrti Lower East Side se na počátku 20. století usadil manželský pár židovských přistěhovalců ze Střední Evropy (krejčí Isaac Wald pocházel ze vsi u haličského Přemyšlu, jeho žena Ernestine rozená Rosenmannová z vesničky u bavorského Mnichova) a 18. listopadu 1906 se jim tam narodil syn George. Chlapec projevoval od dětství technické vlohy: ve 13 letech sestrojil krystalový detektor, z nějž pak s kamarády poslouchal rozhlasové reportáže ze světové série nejvyšší baseballové ligy. V brooklynské Manual Training High School získal zálibu v elektrotechnice (návštěva Western Electric v New Jersey ho však odradila) a v provozování vaudevillů (založil amatérský soubor vystupující v okolních židovských obcích).

Úspěch na divadelních prknech se zdál předurčovat Georgeho ke kariéře právníka a on v roce 1923 skutečně zvolil Washington Square College jako právnickou přípravku Newyorské univerzity, což umožnily rodinné úspory i to, že dvoje letní prázdniny odsloužil na parníku New York – Buenos Aires. Kolej mu otevřela úchvatný svět výtvarného umění, hudby a literatury, ale vlastní účel právnické přípravky ho nenadchl. Wald cítil, že potřebuje něco „podstatnějšího, přirozenějšího, organičtějšího“, a tak přešel na lékařskou přípravku, kde však představy o dráze lékaře zahnalo mocné za­ujetí biologií a Lewisův Arrowsmith.

S bakalaureátem přírodních věd se George v roce 1927 přihlásil ke studiu zoologie na Kolumbijské univerzitě, byl přijat a hned v prvním ročníku měl to potěšení poznat fyziologa Seliga Hechta, proslulého výzkumem světločivných soustav od červů po člověka. Hecht zavedl představu, že při adaptaci na světlo se fotosenzitívní pigment působením světla rozkládá a produkty rozkladu se při adaptaci na tmu opět slučují. Objevil, že absorpce jediného fotonu jedinou z mnoha milionů molekul rodopsinu v jediné tyčince stačí k vyvolání a přenosu elektrického signálu. Walda ovlivnil hluboce – přivedl ho ke studiu zraku na octomilkách, stal se jeho mentorem, přítelem a na celý život osobním vzorem.

V roce 1931 se George oženil s Frances Kingsleyovou a měl s ní syny Michaela a Davida. O rok později získal na Kolumbijské univerzitě doktorát. Se svým učitelem pokračoval ve výzkumu zraku na octomilkách (The Influence of Intensity on the Visual Functions of Drosophila. Proc Natl Acad Sci USA 1933; 19: 964–972; s Hechtem). Když v roce 1932 obdržel dvouleté stipendium Národní rady pro výzkum, vypravil se s manželkou Frances do Evropy a zamířil nejprve do laboratoře loňského laureáta Nobelovy ceny Otto Warburga v Ústavu buněčné fyziologie císaře Víléma v Berlíně – Dahlemu. Zrakový pigment objevil Franz Böll v Římě už v roce 1876 a on i Willy Kühne v Heidelberku krátce nato popsali, jak tento purpurový pigment (později zvaný rodopsin) účinkem světla žloutne a později zcela vybledne, načež Kühne prokázal jeho bílkovinnou povahu. Nyní Wald u Warburga soudil, že rodopsin je vázán s karotenoidem. Extrahoval sítnice chloroformem a na extrakt působil antimontrichloridem. Výsledkem byl jasně modrý roztok s absorpční křivkou typickou pro vitamin A. O nějaké roli vitaminu v chemii rodopsinu neměl dosud nikdo tušení, a tak Warburg doporučil Waldovi, aby své nálezy ověřil v curyšské laboratoři Paula Karrera, který právě objasnil stavbu vitaminu A a prokázal, že ze dvou molekul vitaminu A spojených koncem ke konci vzniká za uvolnění dvou molekul vody molekula karotenu A2. V Curychu extrahoval Wald organickými rozpouštědly sítnice skotu, ovcí a vepřů a u Karrera si potvrdil, že skutečně nalezl v sítnici vitamin A. 

Po třech měsících přešel do laboratoře laureáta Nobelovy ceny Otto Meyerhofa v Ústavu císaře Viléma pro lékařský výzkum v německém Heidelberku. Mezitím se na konci ledna 1933 dostal k moci Hitler a brzy nato Americká Národní rada pro výzkum požádala Walda o návrat před podzimem. Uprostřed léta ještě pracoval v prázdninově vylidněném ústavu a právě tehdy tam došla neočekávaná zásilka tří set žab. Když už je přítomný asistent chtěl pustit na svobodu, George ho o ně požádal. V závěru svého pobytu pak v sítnicích adaptovaných na tmu a v sítnicích vybělených na žlutý mezistupeň objevil retinen (jak nazval karotenoid odlišný od vitaminu A absorpčním spektrem), kdežto ze sítnic zcela vybělených nezískal retinen, nýbrž vitamin A. Potom navrhl rodopsinový cyklus, v němž je retinen v rodopsinu vázán na bílkovinu opsin, účinkem světla je uvolňován za změny barvy ve žlutou, za úplného vybělení se mění ve vitamin A, opačným pochodem je pak opět regenerován. Uveřejnil stručné sdělení (Vitamin A in the Retina. Nature 1933; 132: 316–317) a druhý rok stipendia vyčerpal v laboratoři Ústavu fyziologie Chicagské univerzity potvrzováním nálezu rodopsinového cyklu u dalších obrat­lovců.

V roce 1934 stal lektorem biochemie na Harvardově univerzitě a brzy nato se začal zabývat barevným viděním. V kuřecích sítnicích, bohatých na čípky, objevil zrakový pigment citlivý na červené světlo a dal mu jméno jodopsin (Photo-labile Pigments of the Chicken Retina. Nature 1937; 140: 545–546). Protože však tento pigment byl vždy smíšen s rodopsinem, nedovedl Wald jednoznačně prokázat, že jodopsin se odbarvil na retinen a opsin. Brzy ho ale pohltil jiný problém; věděl, že u některých ryb našli Kühne a jiní v sítnici adaptované na tmu tmavší purpur než u žab. Přenesl tedy svůj letní výzkum do Mořské biologické laboratoře ve Woods Hole, kde v tyčinkách mořských ryb nacházel podobný zrakový pigment jako u žab, zato v tyčinkách sladkovodních ryb objevil porfyropsin, jak nazval pigment absorbující světlo větší vlnové délky, a při jeho bělení objevil retinen 2 a vitamin A2 (The Porphyropsin Visual System. J Gen Physiol 1939; 22: 775–794). Pak zkoumal ryby migrující mezi sladkou a slanou vodou a objevil, že druh zužitkovaného vitaminu i vytvářeného zrakového pigmentu je určen prostředím rozmnožovacího aktu: úhoři tvoří z vitaminu A1 rodopsin, lososi z vitaminu A2 porfyropsin. U skokana volského zjistil, že sítnice pulců obsahuje porfyropsin a ten se pak během proměny mění v rodopsin (The Chemical Evolution of Vision. Harvey Lectures 1945–1946; 41: 117–160).

Své pokusy se zrakovými pigmenty však za druhé světové války musel přerušit a věnovat se aplikovanému výzkumu pro americkou armádu. Při vývoji noktovizorů řešil s Donaldem Griffinem otázku, jsou-li příčinou tlumeného červeného jasu vydávaného prototypem infračerveného reflektoru vadné filtry, a přitom objevil, že intenzívní infračervené světlo je viditelné: Třebaže lidská zraková citlivost při vlnových délkách přes 700 nm rychle klesá, paprsky okolo 1000 nm vnímáme nejen kožními čidly jako teplo, ale současně i zrakem jako červený jas (Human Vision and the Spectrum. Science 1945; 101: 653–658). V roce 1944 byl Wald jmenován mimořádným profesorem a ke studiu molekul zrakového pigmentu se vrátil, právě když v jeho laboratoři nastoupili studentka Ruth Hubbardová a výzkumný asistent Paul K. Brown.

Průkaz liverpoolských kolegů v roce 1946, že retinen je aldehyd vitaminu A, vedl k přejmenování retinenu na retinal a vitaminu A v retinol. Brzy nato Ruth Hubbardová dokončila u Walda doktorskou práci o enzymatické interkonverzi retinalu a retinolu a Brown prokázal, že rodopsin vzniká smícháním retinalu a opsinu. Wald s Hubbardovou a Brownem prokázal, že prekurzorem všech zrakových pigmentů je 11-cis-izomer retinolu, prostorově zkroucený, a tím zvláště citlivý na světlo (Vision. Fed Proc 1953; 12: 606–611). Středem zájmu laboratoře se pak stalo bělení rodopsinu. Ruth Hubbardová nejprve s Robertem St. Georgem a pak s Allenem Kropfem studovala rodopsin zmrazený tekutým dusíkem a prokázala, že v procesu vidění působí světlo právě a jen izomerizaci 11-cis-retinalu v „all-trans“-formu a ta musí být při regeneraci izomerizována nazpět. Tento výzkum odhalil význam cis-trans-izomerizace v biologii a nadto prokázal možnost laboratorní syntézy rodopsinu a jiných zrakových pigmentů. Wald se v roce 1958 s Ruth oženil a měl s ní pak syna Elijaha a dceru Deborah.

S doktorandem Johnem E. Dowlingem při studiu šerosleposti u krys objevil, že všechny funkce vitaminu A s výjimkou jeho role prekurzoru zrakových pigmentů dokáže nahradit kyselina vitaminu A, nyní zvaná retinová (The Biological Function of Vitamin A Acid. Proc Natl Acad Sci USA 1960; 46: 587–608; s Dowlingem). Jako žák Seliga Hechta, který před čtvrtstoletím prokázal velké zesílení od excitace rodopsinu k podráždění tyčinky, Wald nyní v prorockém článku navrhl vysvětlení zesílení tím, že světlem aktivovaný rodopsin spouští kaskádu enzymových reakcí podobně jako při srážení krve (Visual Excitation and Blood Clotting. Science 1965; 150: 1028–1030).

Pak obrátil pozornost k vnímání barev. Na novém mikrospektrofotometru sestrojeném Paulem K. Brownem měřil absorpční spektrum zrakových pigmentů v jednotlivých čípcích beztyčinkové oblasti lidské fovey a prokázal v sítnici primátů vedle tyčinek s rodopsinem trojí čípky, lišící se citlivostí vůči modré, zelené a červené barvě a obsahem jednoho ze tří zrakových pigmentů pro vnímání příslušné barvy (Visual Pigments in Single Rods and Cones of the Human Retina. Science 1964; 144: 45–52; s Brownem). Úspěšnou regenerací 11-cis-retinalem prokázal u všech zrakových pigmentů týž chromofor (11-cis-retinal) při rozdílné struktuře opsinu (Human Color Vision and Color Blindness. Cold Spring Harb Symp Quant Biol 1965; 30: 345–361; s Brownem).

Od roku 1960 až do odchodu na odpočinek vedl na Harvardu úvodní biologický kurs „Povaha živých věcí“, zahajovaný v prvním semestru přednáškou „Původ života“ a ve druhém semestru přednáškou „Původ smrti“. V roce 1966 byl v časopisu Time vyhlášen za jednoho z deseti nejlepších učitelů v USA. Právě tehdy se ale mezi Walda a vědu začala plést válka ve Vietnamu. Byl jedním z prvních jejích otevřených kritiků a jedním ze signatářů otevřeného protestního dopisu listu New York Times v roce 1965.

V roce 1967 byl „za své objevy týkající se primárních fyziologických a chemických pochodů vidění v oku“ odměněn Nobelovou cenou za fyziologii nebo lékařství spolu s finským Švédem Ragnarem Arthurem Granitem, který prokázal význam útlumu v integračním působení sítnice a objevil trojí druh čípků s rozdílnou spektrální citlivostí, a s Američanem Haldanem Kefferem Hartlineem, objevitelem laterálního útlumu. Na slavnosti ve Stockholmu 10. prosince 1967 představil laureáty člen Nobelova výboru Carl Gustaf Bernhard a 12. prosince 1967 měl Wald nobelovskou přednášku (The Molecular Basis of Visual Excitation: Nobel Lecture. Les Prix Nobel en 1967. Stockholm: The Nobel Foundation 1968, též Nature 1968; 219: 800–807 a Science 1968; 161: 230–239).

Na semináři Massachusettského technologického institutu 4. března 1969 vystoupil Wald s nepřipraveným protiválečným projevem (A Generation in Search of a Future) a od té chvíle se jeho hlavním zájmem stala politika, jeho hlavními tématy vietnamská válka, šíření jaderných zbraní a vojensko-průmyslový komplex. A když pak po 43 letech působení na Harvardově univerzitě odešel v roce 1977 na odpočinek, zanechal výzkumu a politické činnosti se věnoval naplno. V roce 1980 byl členem delegace Ramseye Clarka v Íránu při jednáních o propuštění sedmi desítek Američanů držených jako rukojmí po přepadení velvyslanectví USA v Teheránu. Ani společenské zaneprázdnění mu však nebránilo zabývat se otázkou vidění aspoň filozoficky: celý život pronikal hluboko do tajemství jeho mechanismů, aniž se přiblížil k odpovědi na otázku, co vlastně vidění je. Přesvědčen, že podmínkou vnímání je vědomí a průkaz jeho přítomnosti nebo nepřítomnosti by byl klíčem k odpovědi, shledal, že na takový průkaz věda nedosáhne. Zabývaje se zároveň podmínkami vzniku života ve vesmíru, nalezl spojitost obou problémů a dopracoval se k pojetí vědomí nikoli jako pozdního výhonku vývoje života, ale odjakživa existující matečné látky, zdroje a podmínky fyzické skutečnosti. Podle Walda vědomím vytvořený hmotný vesmír plodí život a posléze vyvíjí tvory nadané věděním a tvořivostí, jimiž se vesmír začíná poznávat, a tito tvorové vyvíjejí společnosti a kultury plnící všechny podmínky pro vývoj přirozeným výběrem (proměnlivost, dědičnost, boj o přežití), a uskutečňují tak evoluci vědomí, souběžnou, ale nezávislou na anatomické a fyziologické evoluci (Life and Mind in the Universe. Int J Quant Chem Quant Biol Symp 1984; 11: 1–15).

Když byl Wald v roce 1986 s dalšími laureáty Nobelovy ceny pozván Michailem Gorbačovem do Moskvy na poradu o otázkách životního prostředí, využil této příležitosti k dotazu na kolegu laureáta Andreje Sacharova a jeho ženu Jelenu Bonnerovou, kteří byli drženi ve vyhnanství v Gorkém. Gorbačov odpověděl, že o tom nic neví, a ještě před koncem toho roku byli manželé volní. Politické činnosti a cestování se Wald nadále věnoval až do roku 1995. Zemřel 12. dubna 1997 ve svém domě v Cambridge v americkém státě Massachusetts.  

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz