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.
Lo que les voy a mostrar son las sorprendentes máquinas moleculares que crean el tejido vivo de su cuerpo. Ahora, las moléculas son muy, muy diminutas. Y con diminutas, quiero decir muy diminutas. Son más pequeñas que la longitud de onda de la luz, así que no hay forma de observarlas directamente. Pero gracias a la ciencia tenemos una idea bastante buena de lo que ocurre a escala molecular. Lo que podemos hacer es hablarles acerca de las moléculas, pero realmente no tenemos una manera directa de mostrárselas.
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.
Un modo de resolver el problema es haciendo dibujos. Esta idea no es nada nueva. Los científicos siempre han creado imágenes como parte de su pensamiento y proceso de descubrimiento. Dibujan lo que están observando con sus propios ojos usando tecnologías como telescopios y microscopios, y también lo que les pasa por la mente. Escogí dos ejemplos famosos porque expresan la ciencia a través del arte.
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.
Y empiezo con Galileo que utilizó el primer telescopio del mundo para observar la Luna. Él transformó nuestra comprensión de la Luna. La percepción en el siglo XVII era que se trataba de una esfera celeste perfecta. Pero lo que Galileo vio fue un mundo rocoso y árido que expresó a través de su pintura a la acuarela.
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.
Otro científico con grandes ideas, la superestrella de la biología, es Charles Darwin. Y con esta famosa nota en su cuaderno comienza en la parte superior izquierda con: "Yo pienso", y luego traza el primer árbol de la vida, que es su percepción sobre cómo todas las especies, todos los seres vivos de la Tierra, están relacionadas a través de la historia evolutiva; el origen de las especies mediante la selección natural y su divergencia de una población ancestral.
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.
A pesar de ser un científico, asistía a conferencias de biólogos moleculares y me parecían totalmente incomprensibles, con todo el lenguaje técnico sofisticado y jerga que usaban para describir su trabajo, hasta que encontré las obras de David Goodsell, un biólogo molecular del Scripps Institute. En sus cuadros todo es exacto y a escala. Su trabajo me aclaró cómo es el mundo molecular dentro de nosotros.
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.
Esta es una sección transversal de la sangre. Arriba a la izquierda tenemos esta zona amarillo verdoso. Son los fluidos de la sangre, que son principalmente agua, pero también anticuerpos, azúcares, hormonas, ese tipo de cosas. La región roja es una sección de un glóbulo rojo. Y esas moléculas rojas son la hemoglobina. Son realmente rojas, y dan el color a la sangre. La hemoglobina actúa como una esponja molecular para absorber el oxígeno en los pulmones y luego llevarlo a otras partes del cuerpo.
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. So let's begin.
Por muchos años estuve muy inspirado por esta imagen, y me pregunté si podríamos usar computación gráfica para representar el mundo molecular. ¿Cómo hubiera sido? Y ese fue el comienzo. Empecemos. Este es el ADN en su forma clásica de doble hélice.
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.
Proviene de la cristalografía de rayos X, por lo tanto es un modelo exacto del ADN. Si se desenrolla la doble hélice y se extienden las dos cadenas, verán estas cosas que parecen dientes. Son las letras del código genético, los 25.000 genes que tienen escrito en su ADN. A esto nos referimos normalmente cuando se habla del código genético. Pero yo quiero hablar de otro aspecto de la ciencia del ADN, es decir, de su naturaleza física. Estas dos cadenas se mueven en direcciones opuestas por razones que no explicaré ahora. Pero físicamente van en direcciones opuestas, lo que crea una serie de complicaciones para nuestras células vivas, como están a punto de ver, en particular cuando el ADN se copia.
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.
Lo que voy a mostrarles es una representación exacta de la máquina replicadora de ADN que está funcionando ahora mismo dentro de su cuerpo, al menos en la biología de 2002. El ADN entra en la línea de producción por el lado izquierdo y alcanza este conjunto, estas máquinas bioquímicas en miniatura que están separando la cadena de ADN y haciendo una copia exacta. Entonces el ADN entra y golpea esta estructura azul en forma de rosquilla y sus dos cadenas se separan. Una cadena se puede copiar directamente, y pueden ver estas cosas enrollarse aquí abajo. Pero no es igual de sencillo para la otra cadena porque debe ser copiada al revés. Es expulsada reiteradamente en estos bucles y copiada sección por sección, creando dos nuevas moléculas de ADN.
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.
Ahora tienen billones de máquinas como ésta que están trabajando en su cuerpo, copiando su ADN con exquisita fidelidad. Es una representación exacta de lo que está sucediendo dentro de ustedes, más o menos a velocidad real. He omitido la corrección de errores y otras cosas.
(Laughter)
Se trata de un trabajo de hace algunos años.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Gracias. Este es un trabajo de hace algunos años,
(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.
pero lo que voy a mostrarles a continuación es ciencia moderna, tecnología de avanzada. De nuevo, empezamos con el ADN. Se retuerce porque está rodeado por una sopa de moléculas que he quitado con el fin de hacerla más visible. El ADN tiene una sección de unos dos nanómetros, que en realidad es muy poco. Pero en cada una de sus células cada cadena de ADN tiene una longitud de unos 30 a 40 millones de nanómetros. Entonces, para mantener el ADN organizado y el acceso regular al código genético, se envuelve alrededor de estas proteínas púrpuras, o al menos yo las puse púrpuras aquí. Está envasado y empaquetado. Todo lo que ven es una única cadena de ADN. Este enorme paquete de ADN se llama cromosoma. Volveremos a los cromosomas en un minuto.
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."
Nos alejamos, salimos de aquí a través de un poro nuclear, que es el acceso a este compartimiento que contiene todo el ADN llamado núcleo. Todo lo que vemos equivale a un semestre de biología y yo tengo siete minutos. Entonces, ¿no seremos capaces de desarrollarlo hoy? No, he oído decir "No".
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.
Así es como se ve una célula viva en un microscopio. Ha sido filmada en cámara rápida, por eso pueden verla moverse. La membrana nuclear se rompe. Estas cosas en forma de salchicha son los cromosomas, y nos centraremos en ellos. Se mueven de esta manera sorprendente en torno a esas pequeñas manchas rojas. Cuando la célula se siente lista los cromosomas se separan. Una parte del ADN va para un lado, la otra parte del ADN va del otro -copias idénticas de ADN- y luego la célula se divide por la mitad. Una vez más, hay billones de células que están haciendo lo mismo en su cuerpo.
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.
Ahora devolvámonos para enfocarnos solo en los cromosonas y ver su estructura y describirla. Vamos de nuevo al momento de la división. Los cromosomas se alinean. Ahora aislaremos solo un cromosoma para echar un vistazo a su estructura. Es una de las más grandes estructuras moleculares del cuerpo humano, por lo menos de lo que hemos descubierto hasta ahora. Así que esto es un solo cromosoma. Y hay dos cadenas de ADN en cada cromosoma. Una se envuelve en forma de salchicha. La otra cadena forma la otra salchicha.
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.
Estas cosas que parecen bigotes que sobresalen por ambos lados son el andamiaje dinámico de la célula. Se llaman microtúbulos. El nombre no es importante. Pero nos vamos a centrar en esta región roja -que he marcado de rojo aquí- que es la interfaz entre el andamiaje dinámico y los cromosomas. Obviamente es vital para el movimiento de los cromosomas. No sabemos realmente cómo produce este movimiento.
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.
Hemos estudiado intensamente esta cosa llamada cinetocoro por más de cien años y apenas estamos empezando a descubrir de qué se trata. Está compuesta por unos 200 tipos diferentes de proteínas, miles de proteínas en total. Es un sistema de transmisión de señal. Transmite mediante señales químicas que alerta al resto de la célula cuando está lista, cuando siente que todo está en orden y listo para la separación de los cromosomas. Es capaz de unirse a los microtúbulos que crecen y se encogen.
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.
Está involucrado con el crecimiento de los microtúbulos y es capaz de unirse a ellos de forma transitoria. También es un sistema sensible a la atención capaz de percibir cuando la célula está lista, cuando el cromosoma está posicionado correctamente. Se pone verde aquí porque siente que todo está bien. Y verán que hay un último pedacito que sigue siendo rojo. Y es enviado a lo largo de los microtúbulos. Este es el sistema de transmisión de señal enviando la señal de pare. Es enviado. Es decir, se trata de una transmisión así de mecánica. Es un mecanismo de relojería molecular.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Así es como funciona a escala molecular. Con un poquito de embellecimiento molecular,
(Laughter)
tenemos las kinesinas, las naranjadas.
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.
Son pequeñas moléculas mensajeras que van en una dirección. Y aquí están las dineínas llevando el sistema de transmisión. Tienen largas patas que les permite pasar entre los obstáculos y demás. De nuevo, todo esto viene de la ciencia exacta. El problema es que no podemos mostrárselo de otra forma.
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.
Explorar la frontera de la ciencia, la frontera del conocimiento humano es alucinante. Descubrir todo esto es sin duda un incentivo placentero para hacer ciencia. Pero para la mayoría de los investigadores médicos, descubrir todo esto es simplemente un paso en el camino hacia las grandes metas, que son erradicar la enfermedad, eliminar el sufrimiento y la miseria que la enfermedad causa y sacar a la gente de la pobreza.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)