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← 通过动画探索奇妙的分子世界

有些生物结构过于微小,即便使用最强大的显微镜,科学家们也看不见它们的模样。这就是分子动画师、TED 研究员简妮特 · 岩佐(Janet Iwasa)发挥创造力的地方。她将通过分享一些令人着迷的动画来畅想这些分子式如何工作的,并带领我们探索看不见的广阔分子世界。

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43 llengües

Showing Revision 13 created 04/18/2020 by Lipeng Chen.

  1. 我在犹他州生活,
  2. 这里因拥有地球上最令人惊叹
    的一些自然景观
  3. 而闻名遐迩。
  4. 这些壮丽的景观
    是那么震撼心魄,
  5. 这些时常犹如世外之物
    的形态也令人深深着迷。
  6. 作为一名科学家,
    我热爱观察自然世界。
  7. 但作为一名细胞生物学家,
  8. 我更感兴趣的是
    在一个更加微小的尺度上
  9. 理解自然世界。
  10. 我是一名分子动画师,
    我与其他研究者合作,

  11. 为小到看不见的分子
  12. 创作可视化影像。
  13. 这些分子比光的波长还小,
  14. 也就是说,我们永远不可能
    直接看见它们,
  15. 即使用最先进的
    光学显微镜也做不到。
  16. 那么我是如何为
    小到看不见的东西
  17. 创作视觉图像的呢?
  18. 科学家们,例如我的合作伙伴,

  19. 往往会终其职业生涯
  20. 致力于理解一个分子过程。
  21. 为此,他们进行了一系列实验,
  22. 每个实验能告诉我们
    这块拼图的一小部分。
  23. 一种实验能告诉我们
    蛋白质的形状,
  24. 另一种实验则能告诉我们
  25. 这个分子会和其他
    哪些蛋白互动,
  26. 更有别的实验告诉我们
    它在细胞里的什么地方。
  27. 所有这些信息的碎片整合在一起,
    就能形成一个假设,
  28. 也就是一个关于分子
    如何工作的故事。
  29. 我的工作就是把这些概念
    转换成动画。

  30. 这个工作可以很棘手,
  31. 因为事实上,分子的行为很难琢磨。
  32. 但这些动画对研究者相当有用,
  33. 可以帮助他们沟通关于
    分子工作原理的想法,
  34. 也能让我们通过它们的眼睛
  35. 看见分子世界。
  36. 我想展示一些动画,

  37. 带领大家进行一场短途观光,
    看看我心目中
  38. 分子世界的“自然奇观”。
  39. 第一个是免疫细胞。
  40. 这些细胞在我们身体里四处爬行,
  41. 以便发现诸如病菌
    这样的入侵者。
  42. 它的动作由我
    最喜欢的蛋白之一,
  43. 肌动蛋白驱动,
  44. 这种蛋白是所谓
    “细胞骨架”的一部分。
  45. 和我们的骨架不同,
  46. 肌动蛋白纤维(微丝)
    一直在不停的被组装和拆散。
  47. 肌动蛋白骨架在我们的细胞中
    扮演着至关重要的角色。
  48. 它们让细胞改变形状,
  49. 四处移动,附着于表面,
  50. 以及吞噬细菌。
  51. 肌动蛋白还和另一种
    不同的运动有关。

  52. 在我们的肌肉细胞中,
    肌动蛋白结构形成了这些
  53. 看起来像布料的规则纤维。
  54. 当肌肉收缩时,
    这些纤维就收紧,
  55. 当肌肉放松时,
  56. 它们又恢复到原来的位置。
  57. 细胞骨架的其它组成部分,
    比如说微管,

  58. 则负责长途运输。
  59. 你可以把它们想象成
    细胞的高速公路,
  60. 用来把东西从细胞一端
    运送到另一端。
  61. 和我们的公路不同,
    微管能够生长、收缩,
  62. 在需要它们时出现,
  63. 完成任务后消失。
  64. 半挂式卡车的分子版本

  65. 则被贴切的称为“马达蛋白”,
  66. 它们能在微管上行走,
  67. 有时候在身后拖着大型“货物”,
  68. 比如说细胞器。
  69. 这种马达蛋白叫做动力蛋白,
  70. 能够以小组为单位工作,
  71. 至少在我看来,
    几乎和战车的马匹一样。
  72. 如各位所见,细胞是一个
    时刻变化、非常活跃的地方,

  73. 各种东西都在不停的
    被修筑和拆解。
  74. 但其中有些结构
  75. 却比别的更难拆散,
  76. 必须动用特殊的力量
  77. 以确保这些结构能被及时拆除。
  78. 这份工作的一部分
    是由这些蛋白胜任的。
  79. 这些甜甜圈形状的蛋白
  80. 种类繁多,分布在细胞各处,
  81. 看上去全都能将单个蛋白
    拖进中央孔洞,
  82. 从而把蛋白结构撕扯开来。
  83. 当这种蛋白无法正常工作时,
  84. 本应被它们分解的那些蛋白
  85. 有时会黏在一起,聚集成块,
  86. 这有可能引起可怕的疾病,
    比如阿茨海默症。
  87. 现在让我们看看细胞核,

  88. 其内部以 DNA 的形式
    保管着我们的基因组。
  89. 在我们所有的细胞中,
  90. DNA 由一组功能各异
    的蛋白照料和维护。
  91. DNA 被缠绕在组蛋白上,
  92. 这样细胞就能把大量 DNA
    塞进细胞核里。
  93. 这些“机器”被称为染色质重塑器,
  94. 它们载着 DNA
  95. 在组蛋白上移动,
  96. 让新的 DNA 片段暴露出来。
  97. 这段 DNA 随后能被
    其它“机器”所识别。
  98. 在这个例子中,
    这个大型分子机器
  99. 在寻找一段能告诉它
  100. “这里是基因的起始位置”
    的 DNA。
  101. 当它找到这个片段后,
  102. 它会进行一系列形状变化,
  103. 以结合其他的“装置”,
  104. 最终启动或转录基因。
  105. 这个过程必须被非常严密的控制,
  106. 因为在错误的时间
    启动错误的基因
  107. 将导致灾难性后果。
  108. 科学家们现在能够
    利用蛋白机器

  109. 编辑基因组。
  110. 我相信大家都听说过 CRISPR。
    [ 注:一种基因编辑技术]
  111. CRISPR 技术利用一种
    叫做 Cas9 的蛋白,
  112. 经过工程改造后,
    Cas9 能识别并剪切
  113. DNA 上非常特定的序列。
  114. 在这个例子里,
  115. 我们用两个 Cas9 蛋白
    切除了一段有问题的 DNA,
  116. 比如说,基因中一个
    可能引起疾病的片段,
  117. 然后利用细胞机器
  118. 把 DNA 的两个断点
    重新“黏合”起来。
  119. 作为一名分子动画师,

  120. 我面临的最大挑战之一
    就是如何将不确定性具象化。
  121. 我给各位展示的所有动画
    代表的只是一些假设,
  122. 是我的合作者们基于
    他们掌握的最佳信息,
  123. 对于一个分子过程的设想。
  124. 但对于很多分子过程来说,
  125. 我们对它们的理解
    仍处于初始阶段,
  126. 还有许多待研究之处。
  127. 事实是,
  128. 这些看不见的分子世界
    幅员辽阔,大部分还未经勘探。
  129. 对我来说,这些分子景观
  130. 和我们身边看得见
    的自然世界一样,
  131. 是那么引人入胜。
  132. 谢谢。

  133. (掌声)