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不可視な分子生物学のCG

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    皆さんにお見せするのは
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    人体の生体組織を造っている
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    驚くべき分子マシンです
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    分子は非常に非常に小さいのです
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    本当に
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    かなり小さいのです
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    光の波長より小さいので
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    直接見ることはできません
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    でも科学のおかげで小さな分子の世界で
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    何が起きているのか かなり分かっています
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    しかし分子についてお話する事はできても
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    お見せする直接の方法はありません
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    見えないものを 絵で表現するという方法は
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    決して目新しいものではありません
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    科学者達はこれまでも
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    考えや発見の段階で絵を使ってきました
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    望遠鏡や顕微鏡を覗いて見た事や
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    頭の中で考えている事を
    絵に描きました
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    アートで科学を表現する
    という点で有名な２つの例をご紹介します
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    まずはガリレオ
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    世界初の望遠鏡で
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    月をみた人物ですよね
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    月の知識を一変させました
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    17世紀当時 月は完璧な
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    美しい球体だとされていましたが
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    ガリレオが見たのはゴツゴツした不毛なもので
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    彼はそれを水彩画で表現しました
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    もう一人は チャールズ・ダーウィンです
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    壮大な考えを持っていた生物学界のスターです
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    この有名なスケッチの左上には
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    「私の考えでは」とありそれから
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    最初の生命の樹が描かれています
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    地球上の全生物が
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    進化過程でどう繋がっているか
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    という彼の説を表しています
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    祖先からの多様化と
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    自然淘汰による生物種の起源が
    表現されています
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    ところで 科学者の私でさえ
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    分子生物学の講義を受けては
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    研究の説明に専門用語や特殊用語が頻出し
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    内容が全く理解できない
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    と感じることが よくありました
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    そんな時分子生物学者
    デイヴィッド・グッドセルの
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    美術作品に出会いました
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    彼の絵は 形も縮尺も
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    正確に表現されています
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    体内の分子世界がどうなっているのかが
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    彼の作品では理解できました
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    例えば 血液の断面図です
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    左上の端の黄緑色のエリアがありますね
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    これは血液の液体部分で
    ほとんど水ですが
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    抗体 糖 ホルモン等を
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    含んでいます
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    赤色の所は赤血球の断面で
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    赤い分子はヘモグロビンです
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    血液が赤いのはこのためです
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    ヘモグロビンは分子のスポンジの役割をし
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    酸素を肺で吸収し
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    体全体に運びます
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    私は何年も前に この絵に刺激され
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    コンピューターグラフィックスを用いて
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    分子の世界を表現できないか考えました
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    どう見えるだろうなぁって
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    そこから始めたんです ではいきますよ
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    ご存知の２重螺旋のDNA
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    こちらX線解析によるもので
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    正確なDNAのモデルです
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    螺旋をばらして２つの鎖を解くと
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    歯のようなものが現れます
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    これは遺伝子コードの文字列で
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    25,000のヒトの遺伝子を
    DNA上に書いています
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    遺伝子コードってよく耳にしますね
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    ご覧のこれがまさにそれなんです
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    ここではDNA科学の違った側面—
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    DNAの物理的な性質をお話します
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    これは逆向きに並んでいる２本の鎖です
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    細かい理由は省きますが
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    鎖の方向性が逆になっているため
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    私たちの細胞にとって
    不便なことが起こります
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    このあとご覧いただきますが
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    特にDNAの複写時です
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    次の画像は 今まさに
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    皆さんの体内でも起こっている
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    DNA複製の正確なモデルです
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    2002年時点の生物学ですが
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    DNAが左側から生産ラインに入って行き
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    二本のDNAをバラバラにし
    全く同じコピーを作る
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    小型の生化学装置に達します
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    DNAが入ってきて
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    ドーナツ型の青い部分にあたると
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    鎖は２本に引き離されます
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    片方の鎖は直接複写され
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    丸まって下方へ落ちて行きますが
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    もう片方の鎖では
    そう単純にはいきません
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    逆方向に複製する必要があるからです
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    繰り返し この様なループにされ
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    一部ごと複写されて
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    ２つの新しいDNA分子が造られます
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    今こうしている間もあなたの体内で
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    何十億個ものこの機械が活動し
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    精巧かつ完全な複製を作っています
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    正確に表現できています
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    複写速度も ほぼこの速さです
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    ここでは エラー修正や
    他の様々なことは省略しています
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    （笑）
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    ここまでは数年前の作品です
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    ありがとうございます
    （拍手）
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    これは随分前のものでしたが
    今からお見せするのは
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    新しい科学知識を
    さらに進んだ技術で表現したものです
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    今回も DNAから始めましょう
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    通常は周囲の液体分子に影響され
    振動していますが
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    見やすいように液体を取り除きました
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    DNAの幅は約２ナノメートルで
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    とても小さいのですが
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    私たちの細胞内のDNAは
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    3千万から4千万ナノメートルの
    長さがあります
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    構造をとりまとめ
    遺伝子コードへのアクセスを制御するために
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    DNAは タンパク質の周りを取り巻きます
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    ここでタンパク質は紫色で示されています
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    まとまって 束ねられています
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    画面全体に広がるのは
    １分子のDNAなんですよ
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    この巨大なDNAのひとまとまりが染色体です
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    染色体については後でお話しするとして
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    ズームアウトして
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    全DNAを含む
    核から 核膜孔を抜けて
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    出て見ましょう
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    ちなみに映っているものは
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    生物のクラス 一学期分に値しますが
    7分しかないので
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    今日は全部お話できませんね？
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    「駄目」だそうです
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    光学顕微鏡で覗くと
    生きた細胞はこう見えます
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    低速度撮影のため動くのが見えています
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    核膜が消失しました
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    ソーセージのような形が染色体で
    ここを中心に見ていきます
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    染色体が著しい動きをしている
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    箇所が赤い部分に集中しています
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    細胞分裂の準備が整うと
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    染色体は２つに分かれ
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    一組のDNAセットは一方へ
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    もう一組は他方へ行きます
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    複製した全く同じDNAです
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    そして細胞が真ん中で分離します
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    繰り返しますが今も体内では
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    何十億という細胞がこうして分裂しています
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    では少し巻き戻して 染色体だけに着目して
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    構造を見て 解説しましょう
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    分裂中期に戻ってきました
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    染色体が並んでいます
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    １つの染色体を取り出して
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    構造を見てみましょう
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    これは現在の生物学上 体内で
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    最も大きい分子構造の１つです
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    これが１つの染色体で
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    分裂期の染色体には
    ２つのDNAの鎖が入っています
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    一方は１つのソーセージに
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    他方は別のに束ねられています
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    ひげのような物が両側に
    突き出しているのが見えますね
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    これは微小管といいます
    細胞の重要な枠組みです
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    名前は重要ではありません
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    赤く色付けられた所に注目しましょう
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    ここは 新しく微小管が合成される箇所と
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    染色体の結合部です
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    明らかに 染色体の動きの中枢です
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    この動きの仕組みは はっきり解っていません
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    これは動原体と呼ばれて かなり綿密に
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    100年以上研究されてきましたが
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    その働きが やっと少しずつ
    解ってきたところです
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    合計数千個にも及ぶ約200種類もの
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    タンパク質から出来ています
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    動原体は 信号発信のシステムです
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    全てが並んで準備ができると
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    細胞の他の部分に
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    染色体が切り離せる状態であることを
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    化学的な信号で知らせます
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    動原体は伸縮する微小管に
    結合することができます
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    それは微小管の伸長に関係していて
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    一時的に結合することも出来ます
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    これは検知システムでもあり
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    染色体が正しく並べられ
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    細胞の準備できた時が分かります
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    全てが準備できると
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    ここが緑色に変わります
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    ここに 小さく１部分だけ
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    赤色のままのものが あります
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    赤色部分は微小管を歩いて離れていきます
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    これは発信システムが
    「停止」の信号を送っているのです
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    歩いて離れる まさに機械的な動作です
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    細かく正確な動きです
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    このように分子の世界は動いています
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    ちょっと見た目が面白い分子に
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    オレンジ色のキネシンがあります
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    小さな分子の運び屋で左に進んでいます
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    これはダイニンで
    発信システムを担っています
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    ダイニンは長い脚で
    障害物をかわしたりします
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    これは科学から得られた情報を
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    正確に画像としたもので
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    視覚的に説明する唯一の方法です
    他の方法では見ることができません
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    最先端の科学や 最先端の
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    人類の知識を探求することは
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    強烈で刺激的なものです
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    このような発見が
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    科学者の原動力になっていることは確かです
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    しかし 殆どの医学研究者にとって
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    このような発見をすることは
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    大きな目標への通過点でしかありません
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    大きな目標は病気を撲滅し
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    病気からの苦しみや悲しみをなくし
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    貧困をなくす事です
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    ありがとうございました
  • 8:43 - 8:46
    (拍手)
Title:
不可視な分子生物学のCG
Speaker:
ドリュー・ベリー
Description:

分子や分子の動作を直接観察する方法はありません。ドリュー・ベリーはこれを変えるため、研究者がこれまで観察できなかった細胞内で起こる変化の過程をCGにしました。TEDxSydney で紹介する アニメーションは科学的に正確なだけでなく見る人を楽しませてくれます。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
08:47

Japanese subtitles

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