Това, което ще ви покажа са удивителните молекулярни машини, които създават живата фабрика на тялото ви. Молекулите са наистина малки. Искам да кажа, че те са наистина малки. Те са по-малки от дължината на светлинна вълна, така, че няма начин да ги наблюдаваме. Но с помощта на науката, получаваме сравнително добра идея за това, което се случва в молекулярен мащаб. Това, което можем да направим, е да ви разкажа за молекулите, но няма начин да ви ги покажа.
What I'm going to show you are the astonishing molecular machines that create the living fabric of your body. Now molecules are really, really tiny. And by tiny, I mean really. They're smaller than a wavelength of light, so we have no way to directly observe them. But through science, we do have a fairly good idea of what's going on down at the molecular scale. So what we can do is actually tell you about the molecules, but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
Единственият начин е да рисувам картини. В действителност, тази идея не е нова. Учените са рисували картини, като част от процеса им на мислене и откриване. Те рисуват картини за това, което виждат, с помощта на технологии, като телескопи и микроскопи, също и за това, за което мислят. Избрах два добре известни примера, защото те са известни като примери за изразяване на науката чрез изкуство.
One way around this is to draw pictures. And this idea is actually nothing new. Scientists have always created pictures as part of their thinking and discovery process. They draw pictures of what they're observing with their eyes, through technology like telescopes and microscopes, and also what they're thinking about in their minds. I picked two well-known examples, because they're very well-known for expressing science through art.
Започвам с Галилео, който използва първия телескоп в света, за да наблюдава Луната. Той измени разбирането ни за Луната. През 17. век учените мислеха, че Луната има идеално чиста форма. Но това, което Галилилео видя, беше скалист, пуст свят, който той нарисува с водни бои.
And I start with Galileo, who used the world's first telescope to look at the Moon. And he transformed our understanding of the Moon. The perception in the 17th century was the Moon was a perfect heavenly sphere. But what Galileo saw was a rocky, barren world, which he expressed through his watercolor painting.
Друг учен с големи идеи, суперзвездата на биологията, е Чарлз Дарвин. Той написа в горния ляв ъгъл на тетрадката си "Аз мисля" и направи скица на първото дърво на живота, което е неговата идея, за това, как всички видове, всички живи същества на Земята са свързани в еволюционна история - произхода на видовете чрез естествен подбор и дивергенция от предишно поколение.
Another scientist with very big ideas, the superstar of biology is Charles Darwin. And with this famous entry in his notebook, he begins in the top left-hand corner with, "I think," and then sketches out the first tree of life, which is his perception of how all the species, all living things on Earth are connected through evolutionary history -- the origin of species through natural selection and divergence from an ancestral population.
Дори като учен, присъствах на лекции на молекулярни биолози и открих, че са напълно неразбираеми, с целия надут технически език и жаргон, който те използваха, за да опишат своята работа, докато не се запознах с трудовете на Дейвид Гудсел, който е молекулярен биолог в института Скрипс. В неговите картини всичко е точно и в правилния мащаб. Неговия труд ми показа, какъв е молекулярният свят.
Even as a scientist, I used to go to lectures by molecular biologists and find them completely incomprehensible, with all the fancy technical language and jargon that they would use in describing their work, until I encountered the artworks of David Goodsell, who is a molecular biologist at the Scripps Institute. And his pictures -- everything's accurate and it's all to scale. And his work illuminated for me what the molecular world inside us is like.
Това е трансекция на кръв. В горния ляв ъгъл виждате тази жълто - зелена област. Жълто - зелената област са флуиди на кръв, които са основно вода, но също и анти - тела, захари, хормони и други. А червената област е разрез на червена кръвна клетка. Тези червени молекули са хемоглобин. В действителност, те са червени; те придават цвета на кръвта. Хемоглобинът действа като молекулярна гъба, за да абсорбира кислород в белите ви дробове и след това го отнася до други части на тялото.
So this is a transection through blood. In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area. The yellow-green area is the fluid of blood, which is mostly water, but it's also antibodies, sugars, hormones, that kind of thing. And the red region is a slice into a red blood cell. And those red molecules are hemoglobin. They are actually red; that's what gives blood its color. And hemoglobin acts as a molecular sponge to soak up the oxygen in your lungs and then carry it to other parts of the body.
Преди много години бях много въодушевен от тази картина и се чудих, дали можем да използваме компютърни графики, за да представим молекулярния свят. Как ще изглежда това? Ето как започнах. Нека да започна.
I was very much inspired by this image many years ago, and I wondered whether we could use computer graphics to represent the molecular world. What would it look like? And that's how I really began.
Това е ДНК в нейната класическа форма на двойна спирала. Това е от рентгенова кристалография, така, че е точен модел на ДНК. Ако развием двойната спирала и разединим двете нишки, ще видите тези неща, които изглеждат като зъби. Това са буквите на генетичен код, 25 000 гени, които са записани в ДНК-то ви. Ето за какво говорят те - генетичния код - за това говорят те. Но искам да говоря за различен аспект на науката за ДНК и това е физическата същност на ДНК. Тези две нишки отиват в противоположни посоки, поради причини, за които не мога да разкажа сега. Но те физически отиват в противоположни посоки, което създава множество усложнения за клетките ви, както ще видите, особено, когато ДНК се копира.
So let's begin. This is DNA in its classic double helix form. And it's from X-ray crystallography, so it's an accurate model of DNA. If we unwind the double helix and unzip the two strands, you see these things that look like teeth. Those are the letters of genetic code, the 25,000 genes you've got written in your DNA. This is what they typically talk about -- the genetic code -- this is what they're talking about. But I want to talk about a different aspect of DNA science, and that is the physical nature of DNA. It's these two strands that run in opposite directions for reasons I can't go into right now. But they physically run in opposite directions, which creates a number of complications for your living cells, as you're about to see, most particularly when DNA is being copied.
Това, което ще ви покажа, е точна репрезентация на репликационната машина на действителна ДНК, която се случва в тялото ви, което е биология от 2002 г. ДНК влиза в производствената линия от лявата страна и удря този сбор, тези миниатюрни биохимични машини, които разделят нишката на ДНК и правят точно копие. ДНК влиза и удря тази синя, с форма на поничка структура и тя се разделя на две нишки. Едната нишка може да бъде копирана точно и можете да видите тезе неща, които се развиват към дъното там. Но не е толкова просто с другата нишка, защото тя трябва да бъде копирана отзад - напред. Тя се изхвърля много пъти в тези кръгове и копира по един раздел, като създава две нови ДНК молекули.
And so what I'm about to show you is an accurate representation of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body, at least 2002 biology. So DNA's entering the production line from the left-hand side, and it hits this collection, these miniature biochemical machines, that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy. So DNA comes in and hits this blue, doughnut-shaped structure and it's ripped apart into its two strands. One strand can be copied directly, and you can see these things spooling off to the bottom there. But things aren't so simple for the other strand because it must be copied backwards. So it's thrown out repeatedly in these loops and copied one section at a time, creating two new DNA molecules.
Имате милиарди от тази машина, която работи в тялото ви, копирайки ДНК - то ви с изключителна точност. Това е точна репрезентация и е с точната скорост за това, което се случва в тялото ви. Оставих корекцията на грешки и други неща. Това е работа от преди години. Благодаря ви.
Now you have billions of this machine right now working away inside you, copying your DNA with exquisite fidelity. It's an accurate representation, and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you. I've left out error correction and a bunch of other things. (Laughter) This was work from a number of years ago--
Това е труд от преди години,
Thank you.
но това, което ще ви покажа, е съвременна наука, съвременна технология. Отново, започваме с ДНК. Тя се върти, поради обграждащата я група молекули, които съм изчистил, за да можете да видите нещо. ДНК има дължина два нанометра, което е наистина малка дължина. Но във всяка от клетките ви, всяка нишка ДНК има дължина около 30 до 40 милиона нанометра. За да се запази ДНК организирана и за да регулира достъпа до генетичния код, тя е навита около тези пурпурни протеини - тук съм ги маркирал в пурпурно. Тя е опакована. Цялата тази обаст е една нишка ДНК. Големият пакет ДНК се нарича хромозом. Ще се върнем към хромозомите след минута.
(Applause) This is work from a number of years ago, but what I'll show you next is updated science, it's updated technology. So again, we begin with DNA. And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules, which I've stripped away so you can see something. DNA is about two nanometers across, which is really quite tiny. But in each one of your cells, each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long. So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code, it's wrapped around these purple proteins -- or I've labeled them purple here. It's packaged up and bundled up. All this field of view is a single strand of DNA. This huge package of DNA is called a chromosome. And we'll come back to chromosomes in a minute.
Издърпваме, увеличаваме, през дупката на ядрото, което е вратата към това отделение, което съдържа всички ДНК, наречено ядро. Цялата тази област се изучава за около един семестър в биологията, а аз имам седем минути. Няма да можем да направим това днес, нали? Не, казаха ми "Не".
We're pulling out, we're zooming out, out through a nuclear pore, which is the gateway to this compartment that holds all the DNA, called the nucleus. All of this field of view is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes, So we're not going to be able to do that today? No, I'm being told, "No."
Това е начинът, по който жива клетка изглежда, гледана през светлинен микроскоп. Тя е филмирана, поради което можете да видите как се движи. Опаковката на ядрото се разкъсва. Нещата, които изглеждат като наденица са хромозомите, ще ги разгледаме. Те минават през това удивително движение, което е фокусирано на тези малки червени петна. Когато клетката е готова, тя разкъсва хромозома. Единият комплект ДНК отива на една страна, другият комплект отива на другата страна - идентични копия на ДНК. След това клетката се разделя по средата. Отново, имате милиарди клетки, които преминават през този процес.
This is the way a living cell looks down a light microscope. And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving. The nuclear envelope breaks down. These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them. They go through this very striking motion that is focused on these little red spots. When the cell feels it's ready to go, it rips apart the chromosome. One set of DNA goes to one side, the other side gets the other set of DNA -- identical copies of DNA. And then the cell splits down the middle. And again, you have billions of cells undergoing this process right now inside of you.
Ще навием отново и ще разгледаме хромозомите, ще разгледаме структурата им и ще ги опишем. Отново, това е централният момент. Хромозомите се подреждат в редица. Ако изолираме един хромозом, ще го извадим и ще разгледаме структурата му. Това е една от най-големите молекулярни структури, най-малко, доколкото сме открили в телата ни. Това е един хромозом. Имаме две нишки ДНК във всеки хромозом. Едната нишка е навита в едната наденица. Другата нишка е навита в другата наденица.
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes, and look at its structure and describe it. So again, here we are at that equator moment. The chromosomes line up. And if we isolate just one chromosome, we're going to pull it out and have a look at its structure. So this is one of the biggest molecular structures that you have, at least as far as we've discovered so far inside of us. So this is a single chromosome. And you have two strands of DNA in each chromosome. One is bundled up into one sausage. The other strand is bundled up into the other sausage.
Тези неща, които изглеждат като мустаци, които стърчат от всяка от страните, са динамичната обвивка на клетката. Наричат се микротубули. Това наименование не е важно. Но това, което ще разгледаме е тази червена област - тук съм я маркирал в червено - и интерфейса й между динамичната обвивка и хромозомите. Очевидно, това е важно за движението на хромозомите. В действителност не знаем как се получава това движение.
These things that look like whiskers that are sticking out from either side are the dynamic scaffolding of the cell. They're called microtubules, that name's not important. But we're going to focus on the region labeled red here -- and it's the interface between the dynamic scaffolding and the chromosomes. It is obviously central to the movement of the chromosomes. We have no idea, really, as to how it's achieving that movement.
Изследвал съм това, което учените наричат кинетохор за период от сто години, с интезивно изследване, и все още започваме да откриваме, за какво става дума. Съставено е от около 200 различни вида протеини, общо хиляди протеини. То е сигнално - предавателна система. То предава чрез химически сигнали, които казват на останалата част от клетката, кога е готова, кога всичко е подредено и готово за разделянето на хромозомите. То може да се чифтоса с разширяващите се и свиващи се микротубули.
We've been studying this thing they call the kinetochore for over a hundred years with intense study, and we're still just beginning to discover what it's about. It is made up of about 200 different types of proteins, thousands of proteins in total. It is a signal broadcasting system. It broadcasts through chemical signals, telling the rest of the cell when it's ready, when it feels that everything is aligned and ready to go for the separation of the chromosomes. It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
То е свързано с растежа на микротубулите и може за кратко време да се чифтоса с тях. То е също система, която е чувствителна на внимание. Може да почувства, кога клетката е готова, кога хромозомът е разположен правилно. Тук то става зелено, защото чувства, че всичко е правилно. Ще видите, че това малко последно парче все още остава червено. То върви надолу по микротубулите. Това е системата, изпращаща сигнал, която изпраща сигнал за спиране. То отминава. Искам да кажа, че това е механично. То е молекулярен часовник.
It's involved with the growing of the microtubules, and it's able to transiently couple onto them. It's also an attention-sensing system. It's able to feel when the cell is ready, when the chromosome is correctly positioned. It's turning green here because it feels that everything is just right. And you'll see, there's this one little last bit that's still remaining red. And it's walked away down the microtubules. That is the signal broadcasting system sending out the stop signal. And it's walked away -- I mean, it's that mechanical. It's molecular clockwork.
Ето как работят телата ви в молекулярен мащаб. С малко молекулярен сладкиш, получихме кинезис, което са оранжевите петна. Те са малък молекулярен куриер, работещ еднопосочно. Ето динейн. Те пренасят тази система, предаваща сигнал. Имат дълги крака и затова могат да прескачат препятствия. Отново, това е получено точно от учените. Проблемът е, че не можем да ви го покажем по друг начин.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy, (Laughter) we've got kinesins, the orange ones. They're little molecular courier molecules walking one way. And here are the dynein, they're carrying that broadcasting system. And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on. So again, this is all derived accurately from the science. The problem is we can't show it to you any other way.
Изучавайки границата на науката, границата на човешкото разбиране, е завладяващо. Откриването на това, разбира се, е приятна, стимулираща работа. Но за повечето медицински изследователи - откриването на това са просто стъпки по пътя на големите цели, които са, да излекуват болестите, да отстранят страданието и нещастията, които причиняват болестите и да освободят хората от нещастие.
Exploring at the frontier of science, at the frontier of human understanding, is mind-blowing. Discovering this stuff is certainly a pleasurable incentive to work in science. But most medical researchers -- discovering the stuff is simply steps along the path to the big goals, which are to eradicate disease, to eliminate the suffering and the misery that disease causes and to lift people out of poverty.
Благодаря ви.
Thank you.
(Аплодисменти)
(Applause)