ברנרד כץ

תולדות חייו

הוריו היגרו בתחילת המאה ה-20 מרוסיה לגרמניה מסיבות כלכליות, ואחרי המהפכה הרוסית לא חידשו את האזרחות הרוסית שלהם, ולמעשה היו חסרי אזרחות. בעקבות איבוד אזרחותם קיבלו דרכון ננסן עד קבלת האזרחות האוסטרלית בשנות ה-40. על רקע זה נולד כץ בלייפציג שבגרמניה. הוא סיים בית ספר תיכון בעיר הולדתו בשנת 1929, ומיד לאחר מכן, למד רפואה באוניברסיטת לייפציג, וסיים את לימודיו בשנת 1934. ב-1933 היה בעת שהיה נשיא תנועת "התקווה", שהייתה תנועה ציונית שפעלה באותה עת בגרמניה, נאלץ לפרוש מתפקידו במועצת הסטודנטים של האוניברסיטה מסיבות של אנטישמיות. בתקופת לימודיו גם חקר את השונות העונתית של חדירות קרום התא של שרירי צפרדעים ועל כך הגיש את תזת ה-MD שלו. הוא ניסה להתקבל לקיבוץ נען כנהג ולאחר שסורב, הוא נמלט מגרמניה לבריטניה בחודש פברואר 1935, על רקע עליית היטלר לשלטון וגזירות הנאצים. חיים ויצמן עזר לו בהגירה לבריטניה ובקבלה לקולג' האוניברסיטאי של לונדון למעבדתו של ארצ'יבלד ויויאן היל, זוכה פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 1922. הוא סיים תואר דוקטור (Ph.D) בשנת 1938 וזכה במלגת קרנגי כדי לחקור, יחד עם מי שהיה מאוחר יותר חתן פרס נובל ג'ון קריו אקלס (1963, פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה) בבית החולים של סידני. בשנת 1941 הפך לאזרח האימפריה הבריטית. 
שנה לאחר מכן, בשנת 1942 סיים דוקטורט במדעים (Doctor of Science) והתגייס לחיל האוויר האוסטרלי. הוא שירת תחילה בחזית האוקיינוס השקט במסגרת המערכה באוקיינוס השקט כקצין מכ"ם. בין השנים 1943–1945 פיתח עבור הצבא האוסטרלי משדר-משיב לרדארים (radar transponder) באוניברסיטת סידני. בשנת 1945 התחתן עם מרגרט פנלי ושנה אחר כך, חזר ללונדון. הוא חקר באנגליה יחד עם זוכה פרס נובל לימים אלן הודג'קין. בשנת 1952 התמנה לפרופסור בקולג' האוניברסיטאי של לונדון ולראש המחלקה לביופיזיקה. הוא נבחר גם לחברה המלכותית באותה השנה. ב-1967 זכה במדליית קופלי של החברה המלכותית ושנתיים אחר כך, ב-1969, היה לחבר באקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים וקיבל תואר אבירות. הוא המשיך לעמוד בראש המחלקה לביופיזיקה עד לשנת 1978, כאשר פרש לגמלאות. ב-20 באפריל 2003, בגיל 92, הוא הלך לעולמו בלונדון. על שמו ניתן מדי שנה פרס בתחום של מדעי המוח. כמו כן, על שמו קרוי המרכז לביופיזיקה של התא של האוניברסיטה העברית.

מחקריו

מחקרו חשף את התכונות הבסיסיות של הסינפסות, אותה צומת בקצות העצבים שדרכה אותות עצביים עוברים בין עצבים ומן העצב לתאים אחרים. בשנות החמישים הוא חקר את הביוכימיה והפעולה של אצטילכולין, המולקולה החוצה את הסינפסה שנמצאת בצומת העצב-שריר. כץ זכה בפרס נובל על הגילוי כי הפרשת מוליך עצבי בסינפסה היא בעלת כמות קבועה ומינימלית, וכן על מציאת מנגנון הפעולה של הפרשת מוליכים עצביים. מחקריו אלה היו המשכם של מחקריהם של הנרי דייל ושל אוטו לוי, שזכו על מחקריהם בפרס נובל לשנת 1936, והראו שההולכה העצבית בין עצבים לשרירים אינה ישירה, אלא מתווכת באמצעות מוליכים עצביים. מחקריו נגעו בכמה תחומים, עם הודג'קין הוא הבהיר את הבסיס היוני ליצירה של פוטנציאל פעולה, הוא חקר את הביופיזיקה של המנגנון והבהיר את המנגנונים של הפרשה של מוליכים עצביים. 
במעבדתו של היל, חקר ברנרד כץ את הפעילות של עצבים עם עטיפה של מיאלין שמקורן בצפרדע באמצעות עירור חשמלי של התאים. הוא הראה שבעת גירוי חזק ותדיר של התאים יש עלייה בפעילות התאים למקסימום, אולם לאחר מכן יש ירידה בפעילותם. ירידה זו כונתה בהמשך תקופת אי-הענות (אֶתנָח) או התקופה הרפרקטורית (refractory phase), כמה מאות מילישניות בהם לא ניתן לעורר גירוי חדש. הוא בדק בהמשך מחקריו במעבדה זו את ההשפעה של מגנזיום על העברה סינפטית. הוא הראה שבאמצעות העלאה של מתח הממברנה, התא יוצר פוטנציאל פעולה, עדות ראשונה לכך שבעת הפעלה של השריר יש דה-פולריזציה בממברנת התא. 
כץ חקר היבטים שונים של מנגנון הפעולה בו יש הולכה של אות בצד הפרה-סינפטי, הצד בו יש את הסינפסה ומעביר מידע לצד הפוסט-סינפטי בעצבים, מחקרים שבהמשך התבררו כרלוונטיים גם לנוירונים. כאשר אצטילכולין נקשר לצד הפוסט-סינפטי, הוא פותח תעלות יונים דרכה עוברים קטיונים שונים ובעיקר נתרן. זה גורם לשינוי בפוטנציאל החשמלי של קרום התא ולדה-פולריזציה בתא הפוסט-סינפטי. התהליך הוא רגיש מאוד ומשנה את פוטנציאל הממברנה אפילו בכמות קטנה של מוליך עצבי, ורישום בעזרת השיטה העיקרית באמצעותה הוא חקר, מיקרואלקטרופיזיולוגיה. הוא החדיר אלקטרודה מיקרוסקופית לתא, ובחן את השינוי בפוטנציאל התא. אחד הממצאים שהניעו את המחקר שלו היה הרעש שהיה תמיד במערכת, גם ללא הוספה של אצטילכולין, שהגיע בצורה של עליות בדידות וקבועות בפוטנציאל בתא המקבל. כך הוא פיתח יחד עם פאול פאט את ההשערה הקוואנטית (quantal hypothesis) שיש בתא הפרה-סינפטי הפרשה של כמות קבועה של מוליכים עצביים שיכולה להשתחרר רק בכפולות בודדות. השערה נוספת שפיתח היא קיומן של שלפוחיות סינפטיות, בהן מוחזקים המוליכים העצביים. שתי ההשערות שלו יחד הובילו אותו לחשוב שהשלפוחיות הסינפטיות מכילות כמות קבועה של מוליכים עצביים ושלאלה יש סיכוי מסוים להשתחרר גם באקראי. הוא הגיע למסקנה נוספת, שבעת שיש פוטנציאל פעולה בתא הפרה-סינפטי, יש עלייה בסיכוי להפרשה של השלפוחיות הסינפטיות הללו. 
נוסף על מחקר זה, גילה את חשיבותו של יוני נתרן בתהליך שחרור המוליכים העצביים מהתא הפרה-סינפטי. הוא הראה שהורדה של ריכוז הסידן במצע, או הוספה של חומרים שיכולים להתחרות על אתר הקישור, כמו יוני מגנזיום ומנגן, יכולים לגרום לירידה ביכולת של התא הפרה-סינפטי להפריש את המוליכים העצביים. במחקריו עם הודג'קין, מצא שיש שינוי בחדירות הממברנה ליוני נתרן, סידן ואשלגן בזמן פוטנציאל הפעולה בצורה זמנית. בעזרת מחקרים תוך שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים, הוא ושותפים נוספים למחקריו מצאו שיש בצד הפרה-סינפטי אתרים שמיועדים לאיחוי של הממברנה עם השלפוחיות הסינפטיות ושרק שם יש את השחרור של התכולה. מחקריו בין השנים 1967–1970 הראו שיש צורך במעבר של סידן לתוך התא כדי ליצור את פוטנציאל הפעולה.