诺贝尔奖得主

诺贝尔奖得主——生物物理学家希尔

剑桥是英国剑河东岸的一座美丽小城，幽雅而恬静的古典建筑群，热烈而浓厚的科学探索气氛，给这个世界驰名的大学城增添了光辉。

1912年，在剑桥大学生理实验室里，紧张忙碌的研究正在进行。一位26岁的青年人有条不紊地进行着实验。高高的个子，长方脸，浓眉大眼，眸子里闪烁着智慧的光辉，他就是生理学家阿奇博尔德·V·希尔（Archibald V.Hill）。希尔正敏捷地从青蛙大腿内侧剥离出一薄片肌肉。这片肌肉在人的大腿内侧也有，它的收缩作用可以使人的两个膝盖紧紧夹在一起。这个动作对缝鞋匠特别有用，所以它被称之为“缝匠肌”。

希尔把这片青蛙肌肉的两端固定在自己设计的仪器里，用一短促的电流刺激肌肉，它能引起肌肉作0.1—0.2秒的收缩。由于两端被固定，肌肉不能缩短，不能对外物做功，所以这种收缩的能量也就和所有多余的化学能量一起转化为热能。在这瞬间，使肌肉温度有微小的上升。希尔正设法用灵敏的热电偶，把这微小的温度变化转变成电流变化，再用精密的电流计来测量和记录出温度的微小上升，进而推算出肌肉收缩时产生的热量。设计并实现这种测热方法，显然是个“当代世界之最”。为此，希尔确实耗费了不少心血。

1886年9月26日，希尔出生在英格兰西南的古老港口布里斯托尔。他从小继承着外祖母的一个特殊的癖好，搜集珍藏古今伟人的画像。凡是那些不易得到的人像，便到图书馆里，照书上画的描绘下来。他还阅读伟人的传记，抄录他们的至理名言。他渴望从中探索伟人们成功之路，以启迪自己如何处世、治学。外祖母还写过一本书，从人像的轮廓和外形来推断人的心志。希尔也学得这一手，所以他在白伦德尔学校读书时，同学们替他起了个“小相士”雅号。

在中学时代，最受师长和同学称道的是他的心算，往往老师刚在黑板上列出一道方程式，他就能随即报出答案。然而，和他出奇的理解力形成鲜明对比的是，他的记忆力很差。连一首很短的小诗，虽经一番熟读，也只能背出开头几句，其余的怎么也背不出来。但是，由于他数理成绩突出，经学校再三推荐，他获得了奖学金，并进入剑桥特里尼蒂学院数理系学习。

在学院里，希尔的数理成绩优异，1907年他是第3位剑桥大学数学学位考试一等及格者。他在这里结识了生理学家沃·弗莱彻。弗莱彻当时是特里尼蒂学院的教师，与生物化学家霍普金斯（诺贝尔奖金获得者）共同研究肌肉化学。他们发现肌肉收缩时产生大量乳酸，达到一定浓度后肌肉就疲劳而不再收缩；他们还发现在恢复期中乳酸逐渐减少，肌肉才又恢复工作，而这一过程与氧气关系很大，没有氧气就不能恢复。弗莱彻告诉他，这些只是肌肉活动过程有关的许多化学变化的总结果，但是这些化学变化的细节与肌肉活动过程的相应关系，在当时是无法测定的。如果用物理方法测量肌肉活动过程中的能量变化，或许更有可能揭示这一过程化学变化的实质。

这个问题深深地吸引了希尔。1908年从数理系毕业后，他决心研究生理学，准备用自己坚实的数理基础来研究肌肉活动过程中的能量变化。他在剑桥大学生理系主任朗格莱教授的指点下，开始用热—电流计来研究肌肉活动中的热量变化，并且发现了肌肉产热量取决于肌纤维收缩前的长度。初战告捷，使他研究肌肉活动的兴趣更加浓厚。1910年，他成了剑桥大学生理研究人员，专程赴德国研究肌肉的活动及其产热过程。

1911年回到剑桥后，经过多次的试验、探讨和改进，他终于制作了非常精巧、灵敏的热电偶。这种热电偶可以在数百分之一秒内以小于0.003℃的温度变化，引起温差电流。用灵敏的电流计记录微弱的温差电流，从中测得温度变化，再推算出热量变化。人们把这些配件组成的测热计，称为“希尔计”。接着，他利用这种测热计，测量了肌肉收缩时所产生的热量，他称之为“初发热”，其特点是产热速度快。他还发现在肌肉活动停止后的恢复期中，肌肉仍在产生热量，他称之为“迟发热”，特点是产热的速度慢、时程长（可持续几分钟到几十分钟），产热量是初发热的l—1.5倍。这些成就，使他成了当时数一数二的研究肌肉生理的专家，蜚声欧洲。此外，他还运用他广博的数学知识，推导出血红蛋白与氧气结合的方程，这就是著名的“希尔公式”。1914年他被提升为剑桥大学物理化学讲师。

第一次世界大战爆发后，希尔应征在军队里担任医官，并很快晋升为少校，指导国防实验处的工作。这使他有更多的机会研究肌肉生理。他发现，肌肉纤维在氮气中收缩，初发热不受影响，但肌肉容易疲劳，不能恢复，没有迟发热。这就说明，肌肉活动时初发热和乳酸的产生等化学变化，都是无需氧气参与的。这在生理学上称为“无氧反应”；肌肉恢复时期的迟发热和乳酸逐渐消失等化学变化，都是需要氧气参与的，称之为“有氧反应”。从乳酸氧化产生的热量与迟发热的热量比较中，希尔发现只有一小部分乳酸被彻底氧化为二氧化碳和水；而其大部分乳酸可能是在有氧的条件下重新合成肌肉里的碳水化合物。他认为，正是这些碳水化合物，在肌肉活动时的无氧反应中分解成乳酸。这样，他就为研究肌肉活动时的一系列化学反应奠定了基础。因为他成绩卓著，1918年，当他32岁时，被选为英国皇家学会会员，并荣获大英帝国勋章。

1918年，希尔退役归来，继续用测热法研究肌肉生理，用更灵敏的热电偶，测出肌肉一次收缩时初发热中的两种成分：持续50毫秒的肌肉缩短期的“缩短热”，和持续60毫秒的肌肉舒张期的“舒张热”。1920年，他被布里根堡基金会聘为曼彻斯特大学生理学主任教授，着手研究人体的肌肉活动。他结识了德国生物化学家奥托·迈尔霍夫，迈尔霍夫也在用青蛙的肌肉进行研究。但他用化学方法来测量肌肉的耗氧量，研究肌肉中碳水化合物与乳酸的转化和肌肉活动的关系，并且各自得出类似的结论。真是异曲同工，无独有偶。1922年，为了表彰他们研究肌肉的能量代谢和物质代谢的卓越贡献，诺贝尔基金会决定由他们分享这一年的医学及生理学奖金。当36岁的希尔和38岁的迈尔霍夫站在一起，从瑞典国王手中接过诺贝尔奖章和证书时，全场用经久不息的掌声表示对他们的祝贺和钦佩。

1923年，希尔应聘来到伦敦大学学院，接替退休的内分泌生理学奠基人司大林，出任生理学教授。1926年他成为皇家学会富勒顿基金研究教授，出版了专著《肌肉的活动》。第二年又出版了《身体的肌肉运动》和《活机器》等论著。在他主持的生物物理实验室里，吸引了不少学者来进修，很快形成了一个研究神经肌肉生理学的学派。为了研究神经的产热的活动，他不断地改进测热计，使它更加灵敏。1926年他和助手们测出青蛙神经静息时的产热量为每分钟0.0167焦耳，神经受刺激而兴奋时和传导冲动时产热量增加，也分为初发热和迟发热。初发热在传导兴奋时出现，产热速度极快，为迟发热的5 000倍，产热量极微，为迟发热的l/30。这与无氧反应过程有关。迟发热在传导停止后的恢复期内出现，产热速度极慢，持续10—30分钟，产热量较大，与有氧反应过程有关。第二年，他的好友迈尔霍夫及其助手也测出神经兴奋后耗氧量增加。

1935—1946年，希尔兼任英国皇家学会秘书，并创办了一个专业月刊，把自己和学生们的研究成果都发表在刊物上，刊物行销国内外。1937—1944年，他还是大学学位授予委员会成员。

希尔在英国保守党内颇有声望，第二次世界大战时期内阁首相丘吉尔，每遇科学政策问题就登门求教。1940年以后，希尔兼任了更多的社会职务，如剑桥的议员，战时内阁科学咨询委员会主席等。

希尔很关心青年一代的成长，对他们寄予很大希望，告诫他们尊重历史事实，脚踏实地地争取未来。他说：“前人留下的脚印，并不是要后人踩着它，亦步亦趋，而是启发后人该朝哪个方向迈步。”在他的敦促下，英国政府于1944年颁发了特别优待青年科学家的法令。

1945—1946年，希尔还兼任英国皇家学会的外交秘书，与世界各国科学家有着广泛的联系，凡是各国与英国学术界有交往的，都与他有深厚的友谊。

由于他对英国战时国防和科学研究有着特殊功绩，1946年被授予大英帝国勋位。1947年，荣获美国银棕榈枝自由奖章。1948年获得英国科学研究最高荣誉——柯普莱奖章。1950年英国皇家又授予他荣誉勋章和爵位。1952年，他出任联合国科学促进委员会英国分会主席。同年，希尔退休后，又回到生理实验室继续他的科学研究。他精益求精继续改进已享盛名的测热计，不断增进热电偶测热的速度与灵敏度。1958年，他还精确地报道了肌肉受刺激还没有发生收缩的10毫秒内的产热活动，但称之为“激活热”；这说明了在肌肉收缩的机械反应前，肌肉内部已经发生产热的化学变化了。正是这些变化激活了肌肉的收缩。此外，他还出版了多部专著。

在希尔出版的书中，有写得很通俗，人人看得懂且很有趣的作品。“你若是没有肌肉，剩下一堆白骨，就没法看我的书了，赶快看吧。”这是希尔的趣话。

1977年6月3日，这位德高望重的生物物理学家在剑桥逝世，终年9l岁。