Życie i odkrycia Santiago Ramóna y Cajala
by Marina Bentivoglio
Szkic biograficzny
Santiago Ramón y Cajal urodził się w maju 1852 roku we wsi Petilla, w regionie Aragonii w północno-wschodniej Hiszpanii. Jego ojciec był w tym czasie wiejskim chirurgiem (później, w 1870 roku, jego ojciec został mianowany profesorem sekcji na Uniwersytecie w Saragossie). Cajal był zbuntowanym nastolatkiem, a jego ojciec przez pewien czas terminował u szewca i fryzjera. Cajal postanowił jednak, że zostanie artystą. Jego zamiłowanie do rysunku, wrażliwość na estetykę wizualną i talent do przekształcania obrazów wizualnych w rysunki pozostały znakami rozpoznawczymi jego przyszłej działalności naukowej. W końcu zapisany do szkoły medycznej w Saragossie, jako młody student Cajal, ogarnięty „manią graficzną”, bardzo lubił filozofię i gimnastykę, był niespokojny, energiczny, nieśmiały i samotny. W 1873 r. ukończył medycynę na Uniwersytecie w Saragossie. Wkrótce po uzyskaniu dyplomu został powołany do wojska i wysłany na Kubę, będącą wówczas pod panowaniem hiszpańskim, jako oficer medyczny. Cajal wrócił do Hiszpanii bardzo chory (na Kubie zachorował na malarię, a potem na gruźlicę), a pod koniec 1875 roku rozpoczął karierę naukową jako „profesor pomocniczy” anatomii na Uniwersytecie w Saragossie.
Portret Cajala z żoną w pierwszych latach ich życia w Madrycie.
W 1879 roku poślubił Silveríę Fañanás García, niewykształconą młodą kobietę, która stała u jego boku do końca ich życia (zmarła w 1930 roku). Mieli siedmioro dzieci (dwoje z nich zmarło w dzieciństwie).
Samoportret Cajala z dziećmi (od lewej do prawej: Fe, Jorge, Pula i Santiago) w Barcelonie.
W Saragossie Cajal zakupił w 1877 r. z własnych funduszy („wykorzystując każdą pesetę zaoszczędzoną na służbie na Kubie”), staroświecki mikroskop i rozpoczął działalność naukową. Jego pierwsze badania dotyczyły stanów zapalnych i struktury włókien mięśniowych. W 1883 r. Cajal został powołany na katedrę anatomii w Walencji. W 1885 r., podczas jego kadencji jako profesora na Uniwersytecie w Walencji, rząd prowincji Saragossa, w uznaniu jego pracy podczas epidemii cholery, nagrodził go nowoczesnym mikroskopem Zeissa. Pod koniec 1887 roku Cajal przeniósł się do Barcelony, gdzie objął katedrę histologii normalnej i patologicznej, a w 1892 roku został mianowany profesorem histologii i anatomii patologicznej na Uniwersytecie w Madrycie. Cajal kontynuował owocną pracę w Madrycie aż do swojej śmierci w 1934 roku.
Samoportret Cajala w jego laboratorium w Walencji.
Błysk pioruna
Kluczowe wydarzenie dla kariery naukowej Cajala i dla rozwoju nowoczesnej neuronauki miało miejsce w Madrycie w 1887 roku, kiedy Cajal miał 35 lat. W tym roku, Luis Simarro Lacabra, genialny psychiatra zainteresowany badaniami histologicznymi, pokazał Cajalowi, który podróżował z Walencji, aby uzyskać aktualne informacje na temat postępu technologicznego, materiał impregnowany barwnikiem Golgiego. Dr Simarro właśnie wrócił z Paryża i przywiózł próbki barwione nową techniką impregnacji srebrem (reazione nera), która została odkryta 14 lat wcześniej przez Camillo Golgiego, ale wciąż miała bardzo ograniczone rozpowszechnienie. Cajal napisał w swojej autobiografii „to właśnie tam, w domu doktora Simarro … po raz pierwszy miałem okazję podziwiać … te słynne sekcje mózgu impregnowane srebrem metodą sawanta z Pawii.”
Slajdy mikroskopowe z preparatami histologicznymi Cajala; litera „b” (bueno, dobry) wskazuje na jakość sekcji.
W tym czasie Cajal badał układ nerwowy tylko przez rok, głównie w celu zebrania odpowiednich ilustracji do książki o technikach histologicznych, i zdał sobie sprawę, jak bardzo zwykłe metody były nieodpowiednie do badania tkanki nerwowej. Obserwacja preparatów nasączonych barwnikiem Golgiego była błyskawicą: Wystarczyło „jedno spojrzenie” i Cajal był zachwycony. Komórki nerwowe ukazały się „zabarwione na brązowoczarno aż do ich najdrobniejszych rozgałęzień, wyróżniając się z niezrównaną wyrazistością na przezroczystym żółtym tle. Wszystko było ostre jak szkic chińskim atramentem” – napisał Cajal w swojej autobiografii. W gorączkowym zrywie aktywności („…w miarę jak nowe fakty pojawiały się w moich przygotowaniach, pomysły kipiały i szarpały się ze sobą w moim umyśle. Gorączka publikacji pochłonęła mnie”), Cajal pracował nad siatkówką, móżdżkiem i rdzeniem kręgowym, stosując do tkanek barwnik Golgiego, którego pewne modyfikacje opracował.
Fotomikrografy z preparatów Cajala (przechowywanych w Museo Cajal w Instytucie Cajala, Madryt, Hiszpania) kory mózgowej noworodka, przedstawiające neurony zaimpregnowane barwnikiem Golgiego. Materiał został uprzejmie dostarczony przez Dr. Javier DeFelipe; reprodukowany za zgodą Dr. Ricardo Martínez-Murillo, Dyrektora Instytutu Cajala, CSIC, Madryt. Te dwa zdjęcia zostały również opublikowane w DeFelipe i Jones „Cajal on the Cerebral Cortex.” Oxford University Press, New York, 1988.
An Indefatigable and Creative Scholar
W październiku 1889 roku, Cajal, który nigdy nie podróżował poza Hiszpanię, z wyjątkiem służby na Kubie, udał się do Berlina, na Kongres Niemieckiego Towarzystwa Anatomicznego, aby pokazać swoje slajdy wiodącym autorytetom w tej dziedzinie, w celu przekonania ich o znaczeniu swoich obserwacji. Przy tej okazji zyskał uznanie kilku wykwalifikowanych profesorów, w tym wybitnego szwajcarskiego histologa Rudolfa Alberta von Köllikera (1817-1905), który od tej pory stał się zwolennikiem Cajala i „doktryny neuronu”, którą w 1891 roku oficjalnie ogłosił Wilhelm Waldeyer (1836-1921).
Cajal był zagorzałym przeciwnikiem idei, że układ nerwowy składa się z sieci ciągłych elementów, jak to zostało stwierdzone przez Josepha von Gerlacha (1820-1896) i wspierane przez samego Golgiego. Camillo Golgi wierzył, że znalazł w swoich własnych preparatach dowód, że system nerwowy składa się z rozległej sieci włókien w ciągłości jedno z drugim (rete nervosa diffusa, „rozproszona sieć neuronalna”). Przeciwnie, od pierwszych obserwacji i w późniejszych badaniach, wyobraźnia Cajala była rozpalona ideą, że system nerwowy składa się z miliardów oddzielnych komórek nerwowych. Prace Cajala doprowadziły do wniosku, że podstawowe jednostki układu nerwowego są reprezentowane przez pojedyncze elementy komórkowe (które Waldeyer ochrzcił w 1891 roku mianem „neuronów”). Wniosek ten jest nowoczesną podstawową zasadą organizacji układu nerwowego.
Cajal’s opus „Textura del Sistema Nervioso del Hombre y los Vertebrados” (1894-1904), został udostępniony międzynarodowej społeczności naukowej w jego francuskim tłumaczeniu, „Histologie du Système Nerveux de l’Homme et des Vertébrés”, (przetłumaczone przez L. Azoulay, opublikowanym w 1911 roku przez Maloine, Paryż; tłumaczenie angielskie, autorstwa N. i L.W. Swansonów, ukazało się w 1994 roku w Oxford University Press). Opus Cajala dostarczyło podstaw nowoczesnej neuroanatomii, ze szczegółowym opisem organizacji komórek nerwowych w centralnym i obwodowym układzie nerwowym wielu różnych gatunków zwierząt, i było ilustrowane słynnymi rysunkami Cajala, które przez dziesięciolecia (a nawet obecnie) były reprodukowane w podręcznikach neurobiologii.
Rysunek kory móżdżku Cajala (z preparatu opartego na impregnacji Golgiego kociego móżdżku). Literą A zaznaczono komórki Purkinjego z charakterystycznymi rozgałęzieniami dendrytów.
Cajala rysunek kory móżdżku (z preparatu móżdżku kota barwionego błękitem metylenowym) przedstawiający aksony komórek Purkinjego wychodzące z kory skierowane ku dołowi.
Preparat z tarczy nerwu wzrokowego (od wróbla) impregnowany techniką Golgiego. Zwróć uwagę na różnorodność neuronów narysowanych przez Cajala.
Powierzchniowe warstwy kory czołowej człowieka narysowane przez Cajala na podstawie impregnacji Golgiego. Główne typy komórek kory mózgowej tj. małe i duże neurony piramidowe (A, B, C, D, E) oraz komórki nie piramidowe (F, K) (interneurony we współczesnej nomenklaturze) są znakomicie zarysowane.
Dodatkowo Cajal zdefiniował „prawo dynamicznej polaryzacji”, stwierdzając, że komórki nerwowe są spolaryzowane, odbierając informacje na swoich ciałach komórkowych i dendrytach oraz przewodząc informacje do odległych miejsc przez aksony, co okazało się podstawową zasadą funkcjonowania połączeń nerwowych. Cajal dokonał również fundamentalnych obserwacji na temat rozwoju układu nerwowego i jego reakcji na urazy (jego tom „Degeneration and Regeneration of the Nervous System” przetłumaczony i zredagowany przez R. M. May, London, Oxford University Press, 1928, został ponownie wydany przez J. DeFelipe i E.G. Jones, Oxford University Press, 1991).
Golgi i Cajal, którzy podzielili się Nagrodą Nobla w 1906 roku za swoje badania nad układem nerwowym, spotkali się dopiero w Sztokholmie, aby odebrać nagrodę. Golgi dał swój wykład Nobla pierwszy, w którym wiązał się do jego wiary w „siateczkowej” sieci neuronowych, który był całkowicie sprzeczne z Cajal wykładu Nobla. Cajal, gorący zwolennik przyległości (a nie ciągłości) poszczególnych komórek reprezentujących podstawowe jednostki układu nerwowego, walczył o swoje idee aż do śmierci.
Samoportret Cajala przy mikroskopie w 1920.
Golgi i Cajal z pewnością dzielili tę samą pasję do nauki i oddanie nauce, ale ich osobowości były bardzo różne. Cajal, żywiołowy, płonący entuzjazmem, poświęcił swoje życie badaniu organizacji układu nerwowego, na którym dokonał fundamentalnych odkryć dzięki swojemu osobliwemu talentowi i intuicji. Golgi, „chłodniejszy” naukowiec, odkrył narzędzie używane przez Cajala w jego badaniach i wniósł wybitny wkład w wiele dziedzin biologii komórki i patologii, a także ważny wkład w strukturę układu nerwowego (taki, na przykład, opis rozgałęzień wydzielanych przez akson, różnych typów neuronów, komórek glejowych). Jednak Golgi źle zinterpretował ogólny pogląd na strukturalną organizację układu nerwowego, który zamiast tego został opracowany przez Cajala.
Extremalnie produktywny, Cajal był również znakomitym fotografem (jego zdjęcia Hiszpanii, wsi, przyjaciół, twarzy, są przechowywane w Muzeum Cajal w Madrycie), i napisał kilka książek przeznaczonych do nie ściśle naukowych szerokiej publiczności, w tym jego autobiografii „Recollections of My Life” (Recuerdos de mi vida, przetłumaczone przez E.H. Craigie z pomocą J. Cano, MIT Press, Cambridge, Mass…, 1989), mały tom aforyzmów („myśli, anegdot i zwierzeń”, jak podano w podtytule) zatytułowany „Pogawędki przy kawie” (Charlas de Café), „Świat widziany w wieku 80 lat” („El mundo visto a los ochenta años”, z ironicznym podtytułem „Impresiones de un Arteriosclerótico”).
Credits
Cztery rysunki Cajala z „Histologie du Système Nerveux de l’Homme et des Vertébrés” zostały odtworzone za zgodą dr Ricardo Martínez-Murillo, dyrektora Instytutu Cajala, CSIC, Madryt. Portret i autoportrety Cajal zostały wzięte z książki „Santiago Ramón y Cajal o la Pasión de España” przez Agustín Albarracín, opublikowane przez Editorial Labor, S.A. (1982).
Pierwsza publikacja 20 kwietnia 1998
.