Αυτό που πρόκειται να σας παρουσιάσω είναι οι εκπληκτικές μοριακές μηχανές που δημιουργούν το ζωντανό ιστό του σώματός μας. Λοιπόν τα μόρια είναι πάρα πολύ μικροσκοπικά. Και λέγοντας μικροσκοπικά, το εννοώ. Είναι μικρότερα κι από ένα μήκος κύματος του φωτός, επομένως δεν έχουμε κανένα τρόπο να τα παρατηρήσουμε άμεσα. Αλλά μέσω της επιστήμης, έχουμε μια αρκετά καλή ιδέα του τι συμβαίνει σε μοριακή κλίμακα. Έτσι αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι να σας μιλήσουμε για τα μόρια, αλλά δεν έχουμε στην πραγματικότητα έναν άμεσο τρόπο να σας δείξουμε τα μόρια.
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.
Ένας τρόπος να το κάνουμε είναι να ζωγραφίσουμε. Και η ιδέα αυτή στην πραγματικότητα δεν είναι κάτι καινούργιο. Οι επιστήμονες πάντα ζωγράφιζαν ως μέρος της διαδικασίας με την οποία σκέφτονταν και ανακάλυπταν. Ζωγράφιζαν εικόνες αυτού που παρατηρούσαν με τα μάτια τους, μέσω τεχνολογίας όπως τα τηλεσκόπια και τα μικροσκόπια, και επίσης αυτού που είχαν στο μυαλό τους. Διάλεξα δυο γνωστά παραδείγματα, επειδή είναι πολύ γνωστά για την έκφραση της επιστήμης μέσω της τέχνης.
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.
Και ξεκινώ με τον Γαλιλαίο ο οποίος χρησιμοποίησε το πρώτο τηλεσκόπιο στον κόσμο για να κοιτάξει το φεγγάρι. Και άλλαξε την αντίληψη που είχαμε για το φεγγάρι. Το 17ο αιώνα θεωρούσαν ότι το φεγγάρι ήταν μια τέλεια ουράνια σφαίρα. Αλλά αυτό που είδε ο Γαλιλαίος ήταν ένας βραχώδης, άγονος κόσμος, τον οποίο εξέφρασε μέσα από τις υδατογραφίες του.
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.
Ένας άλλος επιστήμονας με πολύ σπουδαίες ιδέες, ο υπερήρωας της βιολογίας, είναι ο Κάρολος Δαρβίνος. Και με αυτή τη διάσημη καταχώρηση στο σημειωματάριό του, ξεκινά στην πάνω αριστερή γωνία με το «Νομίζω» και μετά σχεδιάζει το πρώτο δέντρο της ζωής, που είναι η αντίληψή του για το πως όλα τα είδη, όλα τα ζωντανά πλάσματα πάνω στη Γη, συνδέονται μέσω της εξελικτικής ιστορίας -- η προέλευση των ειδών μέσω της φυσικής επιλογής και η απόκλιση από έναν προγονικό πληθυσμό.
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.
Αν και επιστήμονας, πήγαινα σε διαλέξεις μοριακών βιολόγων και δεν καταλάβαινα απολύτως τίποτα, με όλη αυτή την φανταχτερή τεχνική γλώσσα και ορολογία που χρησιμοποιούσαν για να περιγράψουν τη δουλειά τους, μέχρι που ήρθα σε επαφή με τα έργα τέχνης του Ντέιβιντ Γκούντσελ, που είναι μοριακός βιολόγος στο Ινστιτούτο Scripps. Και οι εικόνες του, όλα είναι ακριβή και σε κλίμακα. Και η δουλειά του μου φανέρωσε πώς είναι ο μοριακός κόσμος μέσα μας.
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.
Έτσι αυτή είναι μια διατομή στο αίμα. Στην πάνω αριστερή γωνία, έχουμε αυτή την κιτρινοπράσινη περιοχή. Η κιτρινοπράσινη περιοχή είναι τα υγρά του αίματος, που είναι κυρίως νερό, αλλά και αντισώματα, σάκχαρα, ορμόνες, τέτοια πράγματα. Και η κόκκινη περιοχή είναι μια διατομή σε ένα ερυθρό αιμοσφαίριο. Και αυτά τα κόκκινα μόρια είναι αιμοσφαιρίνες, Είναι όντως κόκκινα· αυτό είναι που δίνει στο αίμα το χρώμα του. Και η αιμοσφαιρίνη δρα ως ένα μοριακό σφουγγάρι που απορροφά το οξυγόνο στα πνευμόνια σας και στη συνέχεια το μεταφέρει στα άλλα μέρη του σώματος.
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.
Εμπνεύστηκα πάρα πολύ από αυτή την εικόνα πολλά χρόνια πριν, και αναρωτήθηκα εάν μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε γραφικά υπολογιστή για να αναπαραστήσουμε τον μοριακό κόσμο. Πώς θα έμοιαζε; Και να πώς ξεκίνησα. Λοιπόν ας ξεκινήσουμε.
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.
Αυτό είναι το DNA στην κλασική του μορφή της διπλής έλικας. Και αυτό είναι από κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, επομένως είναι ένα ακριβές μοντέλο του DNA. Αν ξετυλίξουμε τη διπλή έλικα και απομακρύνουμε τους δυο κλώνους, βλέπετε αυτά τα πράγματα που μοιάζουν με δόντια. Αυτά είναι τα γράμματα του γενετικού κώδικα, τα 25.000 γονίδια που είναι γραμμένα στο DNA σας. Αυτό είναι για το οποίο μιλούν συνήθως -- ο γενετικός κώδικας -- αυτό είναι για το οποίο μιλούν. Αλλά εδώ θέλω να μιλήσω για μια διαφορετική διάσταση της επιστήμης του DNA, και αυτό είναι η φυσική μορφή του DNA. Είναι αυτοί οι δυο κλώνοι που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις για λόγους στους οποίους δεν μπορώ να υπεισέλθω τώρα. Αλλά εκ φύσεως κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, πράγμα που προκαλεί κάποιες περιπλοκές στα ζωντανά σας κύτταρα, όπως πρόκειται να δείτε, πιο συγκεκριμένα όταν το DNA αντιγράφεται.
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.
Επομένως αυτό που πρόκειται να σας δείξω είναι μια ακριβής αναπαράσταση της μηχανής αντιγραφής του DNA που λαμβάνει χώρα αυτή τη στιγμή μέσα στο σώμα σας, τουλάχιστον πρώτου εξαμήνου βιολογία. Έτσι το DNA εισέρχεται στη γραμμή παραγωγής από την αριστερή πλευρά, και προσκρούει σε αυτή τη συνάθροιση, σε αυτές τις μικροσκοπικές βιοχημικές μηχανές, που αποσυναρμολογούν το DNA και παράγουν ένα ακριβές αντίγραφο. Έτσι το DNA εισέρχεται και προσκρούει σε αυτή την μπλε κατασκευή που μοιάζει με ντόνατ και διαχωρίζεται στους δυο του κλώνους. Ο ένας κλώνος μπορεί να αντιγραφεί άμεσα, και μπορείτε να δείτε αυτά τα πράγματα να ξετυλίγονται στο κάτω μέρος εκεί. Αλλά τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά για τον άλλο κλώνο επειδή πρέπει να αντιγραφεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Έτσι πετιέται επανειλημμένως σε αυτές τις θηλειές και αντιγράφεται ένα τμήμα τη φορά, φτιάχνοντας δυο νέα μόρια DNA.
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.
Τώρα έχετε δισεκατομμύρια τέτοιες μηχανές αυτή τη στιγμή που δουλεύουν μέσα σας, αντιγράφοντας το DNA σας με αξιοσημείωτη πιστότητα. Είναι μια ακριβής αναπαράσταση, και είναι σχεδόν στη σωστή ταχύτητα με την οποία συμβαίνει μέσα σας. Άφησα εκτός την επιδιόρθωση των λαθών και αρκετά άλλα. Αυτό ήταν δουλειά από κάποια χρόνια πριν. Σας ευχαριστώ.
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--
Αυτό είναι δουλειά από κάποια χρόνια πριν,
Thank you.
αλλά αυτό που θα σας δείξω στη συνέχεια είναι σύγχρονη επιστήμη, είναι σύγχρονη τεχνολογία. Λοιπόν ξανά, ξεκινάμε με το DNA. Και κουνιέται και λυγιέται εκεί εξαιτίας της μοριακής σούπας που το περιβάλλει, την οποία απομάκρυνα για να μπορέσετε να δείτε κάτι. Το DNA έχει περίπου 2 νανόμετρα διάμετρο, που είναι πράγματι αρκετά μικρή. Αλλά σε κάθε ένα από τα κύτταρά σας, κάθε ινίδιο του DNA έχει μήκος περίπου 30 με 40 εκατομμύρια νανόμετρα. Έτσι για να διατηρείται το DNA οργανωμένο και να ρυθμίζει την πρόσβαση στο γενετικό κώδικα, τυλίγεται γύρω από αυτές τις μωβ πρωτεΐνες -- ή εγώ τις έχω κάνει μωβ εδώ. Πακετάρεται και τυλίγεται. Ό,τι βλέπουμε εδώ είναι ένα μόνο ινίδιο DNA. Αυτό το τεράστιο πακέτο DNA ονομάζεται χρωμόσωμα. Και θα επιστρέψουμε στα χρωμοσώματα σε ένα λεπτό.
(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.
Βγαίνουμε έξω, ξεζουμάρουμε, μέσα από έναν πυρηνικό πόρο, που είναι η πύλη εισόδου σε αυτό το διαμέρισμα που περιέχει όλο το το DNA που ονομάζεται πυρήνας. Ό,τι βλέπουμε εδώ είναι περίπου η βιολογία ενός τετραμήνου, και εγώ έχω επτά λεπτά. Επομένως δεν θα μπορέσουμε να το κάνουμε σήμερα; Όχι, μου είπαν, «Όχι».
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."
Έτσι φαίνεται ένα ζωντανό κύτταρο με ένα οπτικό μικροσκόπιο. Και έχει φωτογραφηθεί ανά τακτά χρονικά διαστήματα και γι' αυτό μπορείτε να το δείτε να κινείται. Ο πυρηνικός φάκελος αποσυντίθεται. Αυτά τα πράγματα που μοιάζουν με λουκάνικα είναι τα χρωμοσώματα, και θα εστιάσουμε πάνω τους. Κάνουν αυτή την πολύ εντυπωσιακή κίνηση που εστιάζεται σε αυτά τα μικρά κόκκινα σημεία. Μόλις το κύτταρο αισθανθεί ότι έτοιμο να ξεκινήσει, διασπά το χρωμόσωμα. Το ένα σετ του DNA πηγαίνει στη μια μεριά, η άλλη μεριά δέχεται το άλλο σετ του DNA -- πανομοιότυπα αντίγραφα DNA. Και τότε το κύτταρο κόβεται στη μέση. Και πάλι, έχετε δισεκατομμύρια κύτταρα που υπόκεινται σε αυτή τη διαδικασία αυτή τη στιγμή μέσα σας.
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.
Τώρα θα γυρίσουμε πίσω και θα εστιάσουμε μόνο πάνω στα χρωμοσώματα και θα κοιτάξουμε στη δομή του και θα την περιγράψουμε. Έτσι και πάλι, να 'μαστε στη φάση του ισημερινού. Τα χρωμοσώματα μπαίνουν σε σειρά. Και αν απομονώσουμε μόνο ένα χρωμόσωμα, θα το τραβήξουμε έξω και θα ρίξουμε μια ματιά στη δομή του. Λοιπόν αυτή είναι μια από τις μεγαλύτερες μοριακές δομές που έχετε, τουλάχιστον όσο έχουμε μέχρι τώρα ανακαλύψει μέσα μας. Αυτό είναι ένα μόνο χρωμόσωμα. Και έχετε δυο έλικες DNA σε κάθε χρωμόσωμα. Η μία είναι τυλιγμένη στο ένα λουκάνικο. Η άλλη είναι τυλιγμένη στο άλλο λουκάνικο.
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.
Αυτά που μοιάζουν με μουστάκια που εξέχουν από κάθε πλευρά είναι ο δυναμικός σκελετός του κυττάρου. Ονομάζονται μικροσωληνίσκοι. Αυτό το όνομα δεν έχει σημασία. Αλλά αυτό στο οποίο θα εστιάσουμε σε αυτή την κόκκινη περιοχή -- την έχω σημάνει με κόκκινο εδώ -- και είναι η διασύνδεση μεταξύ του δυναμικού σκελετού και των χρωμοσωμάτων. Είναι προφανώς βασική για την κίνηση των χρωμοσωμάτων. Δεν έχουμε ιδέα στην πραγματικότητα πώς επιτυγχάνεται αυτή η κίνηση.
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.
Μελετάμε αυτό το πράγμα που ονομάζουν κινητοχώρο πάνω από εκατό χρόνια με εντατική μελέτη, και ακόμα μόλις ξεκινάμε να ανακαλύπτουμε περί τίνος πρόκειται. Αποτελείται από περίπου 200 διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνών, χιλιάδες πρωτεΐνες συνολικά. Είναι ένα σύστημα μετάδοσης σημάτων. Μεταδίδει μέσω χημικών σημάτων που λένε στο υπόλοιπο κύτταρο όταν είναι έτοιμο, όταν αισθάνεται ότι τα πάντα είναι ευθυγραμμισμένα και έτοιμα να ξεκινήσουν για το διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων. Είναι σε θέση να συνδυαστεί με τους αυξανόμενους και συρρικνούμενους μικροσωληνίσκους.
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.
Σχετίζεται με την αύξηση των μικροσωληνίσκων, και είναι σε θέση να συνδυαστεί παροδικά με αυτούς. Και είναι επίσης ένα σύστημα ανίχνευσης. Είναι σε θέση να αισθάνεται πότε το κύτταρο είναι έτοιμο, πότε το χρωμόσωμα παίρνει τη σωστή θέση. Γίνεται πράσινο εδώ επειδή αισθάνεται ότι τα πάντα είναι εντάξει. Και θα δείτε, υπάρχει αυτό το τελευταίο κομματάκι που ακόμα παραμένει κόκκινο. Και απομακρύνεται κατά μήκος των μικροσωληνίσκων. Αυτό είναι το σύστημα μετάδοσης σημάτων που εκπέμπει το σήμα του τερματισμού. Και απομακρύνεται. Εννοώ, είναι τόσο μηχανικό. Είναι μοριακός ωρολογιακός μηχανισμός.
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.
Να πώς δουλεύετε στη μοριακή κλίμακα. Και έτσι με λίγο μοριακό χάρμα οφθαλμών, έχουμε τις κινεσίνες, που είναι τα πορτοκαλί. Είναι μικροί μοριακοί μεταφορείς μορίων προς μια κατεύθυνση. Και εδώ είναι οι δινεΐνες. Μεταφέρουν αυτό το σύστημα μετάδοσης. Και έχουν τα μακριά τους άκρα ώστε να μπορούν να ξεπερνούν εμπόδια και ούτω καθεξής. Έτσι και πάλι, όλα αυτά προέρχονται με ακρίβεια από την επιστήμη. Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορούμε να σας το δείξουμε με κανένα άλλο τρόπο.
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.
Το να εξερευνάς τα σύνορα της επιστήμης, τα σύνορα της ανθρώπινης κατανόησης, είναι εντυπωσιακότατο. Η ανακάλυψη αυτού του υλικού είναι σίγουρα ένα ευχάριστο κίνητρο για να εργαστείς στην επιστήμη. Αλλά οι περισσότεροι ιατρικοί ερευνητές -- η ανακάλυψη του υλικού είναι απλώς βήματα στο μονοπάτι που οδηγεί στους μεγάλους στόχους, που είναι η εξάλειψη της ασθένειας, η ελαχιστοποίηση του πόνου και της δυστυχίας που προκαλεί η ασθένεια και η σωτηρία των ανθρώπων από τη φτώχεια.
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.
Σας ευχαριστώ.
Thank you.
(Χειροκρότημα)
(Applause)