Animations of unseeable biology

Те, що збираюсь Вам показати -

це вражаючи молекулярні машини,

які створюють живі тканини Вашого тіла.

Отож, молекули справді крихітні-крихітні.

І коли я кажу "крихітні",

ну... я серйозно!

Вони менші, ніж світлові хвилі,

тому ми не можемо напряму за ними спостерігати.

Але завдяки науці ми собі цілком непогано уявляємо,

що ж відбувається на молекулярному рівні.

Отже, що ми можемо, так це розповісти Вам про молекули,

але у нас нема можливості показати Вам справжні молекули.

Один з виходів - малювати малюнки.

І ця ідея насправді не нова.

Науковці завжди створювали малюнки,

які були частиною процесу роздумів і відкриттів.

Вони малювали те, що спостерігали на власні очі

за допомогою пристроїв, наприклад, телескопів чи мікроскопів,

і також те, про що вони думали.

Я вибрав два відомі приклади,

тому що вони відомі як вираження науки через образотворче мистецтво.

Я почну з Галілея,

який користувався першим у світі телескопом,

щоб розглядати Місяць.

І він змінив наше уявлення про Місяць.

У XVII столітті вважали,

що Місяць - ідеально кулясте небесне тіло.

Але Галілей побачив пустинний скелястий світ,

що і відобразив у своїх акварельних малюнках.

Ще один вчений з дуже великими ідеями,

суперзірка біології, - Чарльз Дарвін.

Це славнозвісний вступ до його записника.

Він починає у лівому верхньому кутку словами "Я думаю",

а тоді креслить перше дерево життя,

тобто своє уявлення про те,

що всі види, всі живі істоти на Землі,

пов'язані еволюційною історією:

основа видів у природному відборі

і відмінності від передуючих популяцій.

Навіть будучи науковцем,

мені доводилось бувати на лекціях молекулярних біологів,

і вони здавалися мені абсолютно незрозумілими,

з усіма цими вигадливими технічними термінами і жаргоном,

які вони використовують для опису своєї праці

аж поки я не зустрів образотворчі праці Девіда Гудсела,

молекулярного біолога зі Скріппс Інстіт'ют [Scripps Institute],

На його малюнках

все чітко і з витриманими пропорціями.

І його роботи показали мені,

як виглядає молекулярний світ всередині нас.

Це зображення крові.

У верхньому лівому кутку у нас є жовто-зелена зона.

Жовто-зелена зона - це рідини крові, в основному, вода,

і антитіла, цукри,

гормони і таке інше.

А червона зона - це еритроцити,

ці червоні молекули - це гемоглобін.

Вони насправді червоні, це вони надають крові забарвлення.

Гемоглобін діє, як молекулярна губка:

вбирає кисень у ваших легенях,

і транспортує його до інших частин вашого тіла.

Багато років тому це зображення мене дуже надихнуло,

і мені стало цікаво, чи можемо ми використати комп'ютерну графіку,

щоб зобразити молекулярний світ.

Як би це виглядало?

О-так я насправді почав. Почнімо і ми.

Це ДНК у своїй класичні формі подвійної спіралі,

це її рентгенограма,

тому це точна модель ДНК.

Якщо ми розкрутимо подвійну спіраль і розщепимо ланцюжки,

ви побачити, що воно схоже на зуби.

А це є літери генетичного коду,

25 000 генів, записаних у вашому ДНК.

Це те, про що зазвичай говорять, -

генетичний код - ось про що говориться.

Але я хочу поговорити про інший аспект науки про ДНК,

про фізичну природу ДНК.

Про ці два ланцюжки, які направлені в різні сторони

через причини, які я не можу прямо зараз пояснювати.

Але вони фізично спрямовані в протилежних напрямках,

що створює певні труднощі для Ваших живих клітин -

як ви зараз побачите -

особливо коли ДНК копіюється.

Те,що я хочу Вам показати -

це точне зображення реального механізму

відтворення ДНК, яке зараз відбувається у Вашому тілі,

принаймні, так вважають біологи у 2002 році.

Отже, ДНК входить на "потокову лінію" зліва

і вдаряє в оце скупчення, в цю мініатюрну біохімічну машину,

яка розщеплює ланцюжок ДНК і робить його точну копію.

Отже, молекула ДНК входить,

вдяряється у цю синю, пампухо-видну структуру,

і її розривають на два ланцюжки.

Один ланцюжок можна скопіювати відразу,

і ви можете бачити, як він розмотується внизу.

Але з другим ланцюжком все не так просто,

тому що його треба копіювати у зворотньому напрямку.

Тому він затягується у петлю

і копіюється частинами,

в результаті чого створюються дві молекули ДНК.

Зараз всередині Вас є

мільярди цих машин, вони працюють безперервно,

відтоворюючи Вашу ДНК з вражаючою точністю.

Це точне відтвоворення,

і швидкість майже така ж, як у Вашому тілі.

Я не взяв до уваги похибку і ще деякі речі.

Ця робота вже має кілька років.

Дякую.

Це була робота кількарічної давності,

але далі я покажу Вам сучасну науку, оновлені технології.

Отож, почнемо з ДНК.

Вона крутиться і вертиться в оточуючому супі інших молекул,

який я забрав, щоб ви могли щось розгледіти.

ДНК завширшки приблизно 2 нанометри,

тобто, справді крихітна.

Але в кожній Вашій клітині

довжина кожного ланцюжка ДНК становить від 30 до 40 млн. нанометрів.

Тому для в впорядкованості ДНК і регулювання доступу до генетичного коду

вона є обмотана навколо цих фіолетових білків,

ну, тих, які є зробив фіолетовими тут.

Вона упаковані і поскладана.

Все, що ми зараз оглядаємо - єдиний ланцюг ДНК.

Цей велетенське нагромадження ДНК називається хромосомою.

Ми повернемось до хромосом через мить.

Ми віддаляємось, виштовхуємось

через нуклеопору,

яке є входом у цей відділ, який вміщує всю ДНК

і зветься ядро.

Оце все, що ми бачимо -

це приблизно семестр біології, а у мене - 7 хвилин.

То що, ми сьогодні закінчити не зможемо?

-Ні, - мені кажуть, - ні...

Так виглядає жива клітина під оптичним мікроскопом.

Вона була знята покадрово, тому ви можете бачити, як вона рухається.

Ядерна мембрана руйнується.

Ці сосиско-подібні штуки - це хромосоми, і ми зосередимося на них.

Вони весь час перебувають у цьому дивовижному русі,

концентруючись на цих червоних плямках.

Коли клітина готова,

вона розриває хромосому.

Один набір ДНК йде в одну сторону,

інша сторона отримує другий набір ДНК -

ці набори ДНК ідентичні.

А тоді клітина ділиться посередині.

І, знову ж таки, усередні Вас є мільярди клітин,

які проходять цей процес зараз.

Зараз ми відмотаємо і зосередимося на хромосомах,

розглянемо їхню структуру і опишемо її.

Отже, знову момент перед поділом.

Хромосоми вишиковуються.

Зараз ми виберемо одну хромосому,

виокремимо її і подивимось на її будову.

Отож, це одна з найбільших молекулярних структур, які у Вас є,

принаймні, серед тих, які ми виявили всередині нас.

Оце - одна хромосома.

Хромосома складається з двох частин-ланцюжків ДНК.

Один скручений в одну сосиску,

другий - в іншу.

Ці "вусики", які стирчать з обох сторін, -

це динамічне риштування клітини.

Вони називаються мікротрубочками. Але ця назва не має значення.

ми зосередимося на цьому червоному регіоні - я його виділив червоним -

це поверхня поділу

між динамічним риштуванням і хромосомами.

Очевидно, що вона є найважливішою для руху молекул.

Ми не маємо уявлення, як цей рух досягається.

ми вивчали ці штучки - їх називають кінетохорами -

більш ніж сто років в інтенсивному режимі,

ми ще тільки починаємо розуміти, про що ж тут йдеться.

Він складається з біля 200 різних видів білків,

в сумі - тисячі білків.

Це система транслювання сигналів,

яка передає хімічні сигнали,

які повідомляють решті клітини,

коли все готове і налашоване

до поділу хромосом.

Він здатний з'єднуватися з мікротрубочками.

Він бере участь у зростанні мікротрубочок,

маючи здатність тимчасово з ними з'єднуватись.

Це також система зондування клітини -

він здатний відчути, коли клітина готова,

коли хромосоми правильно розміщені.

Тут він стає зеленим,

тому що відчуває, що все готово.

і, зверніть увагу,що незначна частина,

яка все ще залишається червоною.

Вона рухається вздовж мікротрубочок.

Так система транслювання передає стопсигнал.

Ось вони пішли геть. Я хочу сказати: це механічний процес.

Це як молекулярний годинниковий механізм.

Так Ви працюєте на молекулярному рівні.

Отже, щоб побалувати наші очі,

у нас тут є кінезини, ці оранжеві.

Вони є маленькими молекулами-кур'єрами, які йдуть в одну сторону.

А ось динеїн. Він виконує функцію транслювання.

Вони мають довгі ноги, щоб мати змогу переступати через перешкоди.

І, знову ж таки, це все передано

з науковою точністю.

Справа в тому, що ми не можемо ніяким іншим чином Вам цього показати.

Дослідження на межі науки

і на межі людського розуміння

є приголомшливими.

Відкрити ці речі є,

звичайно, приємним стимулом займатись наукою.

Але більшість медичних досліджень,

відкриттів - це

просто кроки на шляху до великих цілей:

викоренити хвороби,

знищити страждання і нещастя, викликані хворобами,

і визволити людей від злиднів.

Дякую

(оплески)