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通过动画探索奇妙的分子世界

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

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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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
06:05

Chinese, Simplified subtitles

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