Return to Video

通过动画探索奇妙的分子世界

  • 0:02 - 0:04
    我在犹他州生活,
  • 0:04 - 0:08
    这里因拥有地球上最令人惊叹
    的一些自然景观
  • 0:08 - 0:09
    而闻名遐迩。
  • 0:09 - 0:13
    这些壮丽的景观
    是那么震撼心魄,
  • 0:13 - 0:17
    这些时常犹如世外之物
    的形态也令人深深着迷。
  • 0:17 - 0:20
    作为一名科学家,
    我热爱观察自然世界。
  • 0:20 - 0:22
    但作为一名细胞生物学家,
  • 0:22 - 0:25
    我更感兴趣的是
    在一个更加微小的尺度上
  • 0:25 - 0:27
    理解自然世界。
  • 0:28 - 0:31
    我是一名分子动画师,
    我与其他研究者合作,
  • 0:31 - 0:33
    为小到看不见的分子
  • 0:33 - 0:35
    创作可视化影像。
  • 0:35 - 0:38
    这些分子比光的波长还小,
  • 0:38 - 0:40
    也就是说,我们永远不可能
    直接看见它们,
  • 0:40 - 0:42
    即使用最先进的
    光学显微镜也做不到。
  • 0:42 - 0:45
    那么我是如何为
    小到看不见的东西
  • 0:45 - 0:47
    创作视觉图像的呢?
  • 0:47 - 0:49
    科学家们,例如我的合作伙伴,
  • 0:49 - 0:51
    往往会终其职业生涯
  • 0:51 - 0:54
    致力于理解一个分子过程。
  • 0:54 - 0:56
    为此,他们进行了一系列实验,
  • 0:56 - 0:59
    每个实验能告诉我们
    这块拼图的一小部分。
  • 0:59 - 1:02
    一种实验能告诉我们
    蛋白质的形状,
  • 1:02 - 1:03
    另一种实验则能告诉我们
  • 1:03 - 1:05
    这个分子会和其他
    哪些蛋白互动,
  • 1:05 - 1:08
    更有别的实验告诉我们
    它在细胞里的什么地方。
  • 1:08 - 1:12
    所有这些信息的碎片整合在一起,
    就能形成一个假设,
  • 1:12 - 1:16
    也就是一个关于分子
    如何工作的故事。
  • 1:17 - 1:21
    我的工作就是把这些概念
    转换成动画。
  • 1:21 - 1:22
    这个工作可以很棘手,
  • 1:22 - 1:25
    因为事实上,分子的行为很难琢磨。
  • 1:26 - 1:29
    但这些动画对研究者相当有用,
  • 1:29 - 1:32
    可以帮助他们沟通关于
    分子工作原理的想法,
  • 1:32 - 1:35
    也能让我们通过它们的眼睛
  • 1:35 - 1:36
    看见分子世界。
  • 1:36 - 1:38
    我想展示一些动画,
  • 1:38 - 1:41
    带领大家进行一场短途观光,
    看看我心目中
  • 1:41 - 1:44
    分子世界的“自然奇观”。
  • 1:44 - 1:46
    第一个是免疫细胞。
  • 1:46 - 1:48
    这些细胞在我们身体里四处爬行,
  • 1:48 - 1:52
    以便发现诸如病菌
    这样的入侵者。
  • 1:52 - 1:55
    它的动作由我
    最喜欢的蛋白之一,
  • 1:55 - 1:56
    肌动蛋白驱动,
  • 1:56 - 1:58
    这种蛋白是所谓
    “细胞骨架”的一部分。
  • 1:58 - 2:00
    和我们的骨架不同,
  • 2:00 - 2:04
    肌动蛋白纤维(微丝)
    一直在不停的被组装和拆散。
  • 2:04 - 2:07
    肌动蛋白骨架在我们的细胞中
    扮演着至关重要的角色。
  • 2:07 - 2:09
    它们让细胞改变形状,
  • 2:09 - 2:11
    四处移动,附着于表面,
  • 2:12 - 2:14
    以及吞噬细菌。
  • 2:14 - 2:17
    肌动蛋白还和另一种
    不同的运动有关。
  • 2:17 - 2:20
    在我们的肌肉细胞中,
    肌动蛋白结构形成了这些
  • 2:20 - 2:21
    看起来像布料的规则纤维。
  • 2:21 - 2:24
    当肌肉收缩时,
    这些纤维就收紧,
  • 2:24 - 2:26
    当肌肉放松时,
  • 2:26 - 2:28
    它们又恢复到原来的位置。
  • 2:28 - 2:31
    细胞骨架的其它组成部分,
    比如说微管,
  • 2:31 - 2:34
    则负责长途运输。
  • 2:34 - 2:36
    你可以把它们想象成
    细胞的高速公路,
  • 2:36 - 2:40
    用来把东西从细胞一端
    运送到另一端。
  • 2:40 - 2:43
    和我们的公路不同,
    微管能够生长、收缩,
  • 2:43 - 2:44
    在需要它们时出现,
  • 2:44 - 2:46
    完成任务后消失。
  • 2:46 - 2:49
    半挂式卡车的分子版本
  • 2:49 - 2:51
    则被贴切的称为“马达蛋白”,
  • 2:52 - 2:54
    它们能在微管上行走,
  • 2:54 - 2:57
    有时候在身后拖着大型“货物”,
  • 2:57 - 2:59
    比如说细胞器。
  • 2:59 - 3:01
    这种马达蛋白叫做动力蛋白,
  • 3:01 - 3:04
    能够以小组为单位工作,
  • 3:04 - 3:07
    至少在我看来,
    几乎和战车的马匹一样。
  • 3:07 - 3:11
    如各位所见,细胞是一个
    时刻变化、非常活跃的地方,
  • 3:11 - 3:15
    各种东西都在不停的
    被修筑和拆解。
  • 3:15 - 3:16
    但其中有些结构
  • 3:16 - 3:18
    却比别的更难拆散,
  • 3:18 - 3:20
    必须动用特殊的力量
  • 3:20 - 3:24
    以确保这些结构能被及时拆除。
  • 3:24 - 3:26
    这份工作的一部分
    是由这些蛋白胜任的。
  • 3:26 - 3:28
    这些甜甜圈形状的蛋白
  • 3:28 - 3:30
    种类繁多,分布在细胞各处,
  • 3:30 - 3:32
    看上去全都能将单个蛋白
    拖进中央孔洞,
  • 3:32 - 3:35
    从而把蛋白结构撕扯开来。
  • 3:35 - 3:38
    当这种蛋白无法正常工作时,
  • 3:38 - 3:41
    本应被它们分解的那些蛋白
  • 3:41 - 3:43
    有时会黏在一起,聚集成块,
  • 3:43 - 3:47
    这有可能引起可怕的疾病,
    比如阿茨海默症。
  • 3:47 - 3:49
    现在让我们看看细胞核,
  • 3:49 - 3:52
    其内部以 DNA 的形式
    保管着我们的基因组。
  • 3:52 - 3:54
    在我们所有的细胞中,
  • 3:54 - 3:58
    DNA 由一组功能各异
    的蛋白照料和维护。
  • 3:58 - 4:01
    DNA 被缠绕在组蛋白上,
  • 4:01 - 4:05
    这样细胞就能把大量 DNA
    塞进细胞核里。
  • 4:05 - 4:08
    这些“机器”被称为染色质重塑器,
  • 4:08 - 4:11
    它们载着 DNA
  • 4:11 - 4:12
    在组蛋白上移动,
  • 4:12 - 4:16
    让新的 DNA 片段暴露出来。
  • 4:16 - 4:19
    这段 DNA 随后能被
    其它“机器”所识别。
  • 4:19 - 4:22
    在这个例子中,
    这个大型分子机器
  • 4:22 - 4:23
    在寻找一段能告诉它
  • 4:23 - 4:26
    “这里是基因的起始位置”
    的 DNA。
  • 4:26 - 4:28
    当它找到这个片段后,
  • 4:28 - 4:30
    它会进行一系列形状变化,
  • 4:30 - 4:33
    以结合其他的“装置”,
  • 4:33 - 4:37
    最终启动或转录基因。
  • 4:37 - 4:40
    这个过程必须被非常严密的控制,
  • 4:40 - 4:43
    因为在错误的时间
    启动错误的基因
  • 4:43 - 4:45
    将导致灾难性后果。
  • 4:45 - 4:48
    科学家们现在能够
    利用蛋白机器
  • 4:48 - 4:50
    编辑基因组。
  • 4:50 - 4:52
    我相信大家都听说过 CRISPR。
    [ 注:一种基因编辑技术]
  • 4:52 - 4:55
    CRISPR 技术利用一种
    叫做 Cas9 的蛋白,
  • 4:55 - 4:58
    经过工程改造后,
    Cas9 能识别并剪切
  • 4:58 - 5:00
    DNA 上非常特定的序列。
  • 5:00 - 5:02
    在这个例子里,
  • 5:02 - 5:06
    我们用两个 Cas9 蛋白
    切除了一段有问题的 DNA,
  • 5:06 - 5:09
    比如说,基因中一个
    可能引起疾病的片段,
  • 5:09 - 5:11
    然后利用细胞机器
  • 5:11 - 5:14
    把 DNA 的两个断点
    重新“黏合”起来。
  • 5:14 - 5:15
    作为一名分子动画师,
  • 5:15 - 5:19
    我面临的最大挑战之一
    就是如何将不确定性具象化。
  • 5:19 - 5:22
    我给各位展示的所有动画
    代表的只是一些假设,
  • 5:22 - 5:25
    是我的合作者们基于
    他们掌握的最佳信息,
  • 5:25 - 5:27
    对于一个分子过程的设想。
  • 5:27 - 5:29
    但对于很多分子过程来说,
  • 5:29 - 5:32
    我们对它们的理解
    仍处于初始阶段,
  • 5:32 - 5:33
    还有许多待研究之处。
  • 5:33 - 5:34
    事实是,
  • 5:34 - 5:39
    这些看不见的分子世界
    幅员辽阔,大部分还未经勘探。
  • 5:39 - 5:42
    对我来说,这些分子景观
  • 5:42 - 5:45
    和我们身边看得见
    的自然世界一样,
  • 5:45 - 5:47
    是那么引人入胜。
  • 5:47 - 5:49
    谢谢。
  • 5:49 - 5:52
    (掌声)
Títol:
通过动画探索奇妙的分子世界
Speaker:
简妮特 · 岩佐
Descripció:

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。

more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Projecte:
TEDTalks
Duration:
06:05

Chinese, Simplified subtitles

Revisions