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.
آنچه می خوام به شما نشان بدم مکانیسم مولکولی شگفت انگیزی است که بافت زندۀ بدن ما را می سازند. حالا مولکولها خیلی خیلی ریز هستند. منظورم از ریز، واقعا" ریزه. اونا کوچکتر از طول موج نور هستند، بنابراین ما هیچ راهی برای مشاهدۀ مستقیم اونها نداریم. اما از طریق علم، ما یک ایدۀ نسبتا" خوبی داریم ازآنچه در سطح مولکولی در جریان است. بدین ترتیب ما در واقع می تونیم اطلاعاتی دربارۀ مولکولها به شما بدیم. اما واقعا" را ه مستقیمی برای نشان دادن مولکولها به شما نداریم.
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.
یک راه اینه که عکس آنرا بکشیم. و این در واقع چیز تازه ای نیست. دانشمندان همیشه بعنوان بخشی از پروسۀ تفکر و کشف خود، تصاویری خلق می کنند. آنها عکسهایی را می کشند که با چشمانشان از طریق تکنولوژیِ تلسکوپ و میکروسکوپ می بینند، و همچنین آنچه را که در مغزشان به آن می اندیشند. من دو مثال معروف را انتخاب کردم، آنها علم را از طریق هنر توصیف می کنند و به همین دلیل خیلی معروفند.
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.
مثال اولّم ، گالیله است که با استفاده از اولین تلسکوپ جهان، به ماه نگاه کرد. و تصور ما را از ماه دگرگون کرد. تعبیری که از ماه در قرن 17 داشتند ، یک کرۀ کامل آسمانی بود. اما آنچه گالیله دید، یک دنیای خشکِ سنگی بود، که از طریق نقاشی آبرنگ آنرا ابراز کرد.
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.
یکی دیگه ازدانشمندان با ایده های بزرگ، "چارلز داروین" ، ابرقدرت بیولوژی است. و او نوشتۀ خود را با این سرآغاز معروف در گوشۀ بالای سمت چپ صفحه شروع کرد، " فکر کنم"، و سپس طرح اولین درخت زندگی را کشید، که همانا تصور اوست از چگونگی ارتباط همۀ گونه ها و موجودات زندۀ روی کرۀ زمین از طریق تاریخچۀ تکامل -- منشاء گونه ها بر اثر انتخاب طبیعی و جدایی از گروه اجدادی. -- منشاء گونه ها بر اثر انتخاب طبیعی و جدایی از گروه اجدادی.
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.
بعنوان یک دانشمند، حتی قبلا" من در سخنرانی های زیست شناسان مولکولی شرکت می کردم و حرفهایشان کاملا" برایم نامفهوم بود، با وجودیکه آنها از زبان فانتزیِ تکنیکی و مخصوص در توصیف کارهایشان استفاده می کنند، تا اینکه با آثار هنری " دیوید گودسِل" ، یک زیست شناس مولکولی در انستیتو "اسکریپس"، آشنا شدم. و همه چیز در عکسهایش دقیق و متناسب هم هستند. و همه چیز در عکسهایش دقیق و متناسب هم هستند. و آثارش، چگونگی دنیای مولکولی درون ما را برایم روشن کرد.
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.
بدین ترتیب این یک برش مقطعی درون خون است. در گوشۀ بالایی سمت چپ، شما منطقه زرد و سبزی می بینید. منطقۀ زرد وسبز، مایع خون است، که بیشتر آبه، اما شامل آنتی بادی، قندها، هورمون ها، و اینطور چیزها نیز هست. و قسمت قرمز، برشی است از یک سلول خون. و اون مولکولهای قرمز، هموگلوبین است. اونا واقعا" قرمزند؛ و همین دلیل قرمز بودن خون است. و هموگلوبین مثل یک اسفنج مولکولی عمل می کند اکسیژن را درریه های شما جذب کرده وسپس به قسمتهای دیگر بدن می رساند.
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.
من سالها پیش تحت تأثیر بسیار زیاد این تصویر قرار گرفتم، و همیشه از خود می پرسیدم چطور می تونیم دنیای مولکولی را با استفاده از طراحی کامپیوتری ترسیم کنیم. چه شکلی می شه؟ و اینطوری بود که من شروع کردم. خُب بیایید شروع کنیم. این شکل اولیۀ مارپیچ دوگانۀ DNA است.
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.
توسط کریستالوگرافی (تقارن بلوری اتم ها) اشعه ایکس گرفته شده، بنابراین این یک مدل دقیقی از DNA است. اگرمارپیچ دوگانه را از هم باز کنیم و دو رشته را از هم جدا کنیم، شما این چیزهایی که شبیه دندان هستند، می بینید. اینها، حروف کد ژنتیکی هستند، 25,000 ژنی که درDNA شما قرار گرفته اند. این چیزیه که آنها معمولا" درباره اش صحبت می کنن -- کد ژنتیکی -- این چیزی است که درباره اش سخن می گویند. اما من می خوام دربارۀ جنبۀ دیگه ای از علم DNA صحبت کنم، و اون طبیعت فیزیکی DNA است. این دو رشته به دلایلی در جهت مخالف هم حرکت می کنند که در حال حاضر نمی تونم به اون بپردازم. اما اونها بطور فیزیکی در جهت عکس هم در حرکتند، که این امر یکسری مشکلات برای سلولهای زندۀ شما بوجود می آورد، بالاخص همانطور که ملاحظه خواهید کرد وقتی DNA در حال همانند سازی است.
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.
و بدین ترتیب آنچه می خوام بهتون نشون بدم یک بازنمای دقیقی از مکانیسم همانند سازی DNA واقعی است که همین حالا در بدن شما در حال انجام است، حداقل 2002 زیست شناسی. DNA به این صورت از سمت چپ وارد خط تولید می شه، و با این مجموعه که مکانیسم های بسیار ریز بیوشیمی هستند، برخورد می کند، که رشته های DNA را از هم جدا کرده و درست همانند آنرا می سازند. بدین ترتیب، DNA وارد شده و با این ساختار آبی رنگ که شکل پیراشکی است، برخورد کرده و دو رشتۀ آن از هم جدا می شوند. یک رشته می تونه مستقیما" کپی بشه، و شما این چیزها را می بینید که جدا شده و ته اونجا می ریزند. ولی برای رشتۀ دیگر، کار به این راحتی ها نیست چون باید در جهت عکس کپی بشه. بنابراین دائما" از این حلقه بیرون انداخته شده وهر قسمت بطور جداگانه کپی می شه، و دو مولکول DNA جدید ساخته می شه.
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.
همین حالا میلیاردها از این مکانیسم ها در حال فعالیت در بدن شما هستند، و DNA شما را با نهایت دقت همانند سازی می کنند. این یک بازنمای دقیق است، و کم وبیش کاملا" در حد همان سرعتی است که در بدن شما در حال جریان است. من اصلاح خطا و یه مشت چیزای دیگه را از قلم انداختم.
(Laughter)
این کار چند سال گذشته بود.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
متشکرم. این کار چنه سال گذشته است،
(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.
اما در ادامه آخرین اطلاعات علم و تکنولوژی را به شما نشان می دم. بنابراین مجددا" با DNA شروع می کنیم. اونجا DNA در حال جنبیدن و وول خوردنه، چون دور و برش پر از مولکوله، من کاملا" پاکشون کردم تا بتونید چیزی ببینید. قطر DNA حدود دو نانومتره، که واقعا" خیلی ریزه. اما در هر یک از سلولهای شما، هر رشتۀ DNA حدود 30 تا 40 میلیون نانومتر درازا داره. بدین ترتیب برای حفظ منظم DNA و کنترل دسترسی به کد ژنتیکی، DNA بدور این پروتئینهای بنفش رنگ، پیچیده می شه-- من اسم اونو در اینجا بنفش گذاشتم. اون کاملا" دسته بندی وبسته بندی می شه. تمام این حوزۀ دید، یک رشته از DNA است. این بستۀ عظیم DNA ، یک کروموزوم است. و تا یک دقیقۀ دیگه دوباره به کروموزوم برمی گردیم.
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."
ما حالا تصویر را در طول یک منفذ هسته ای، عقب تر برده، ما حالا تصویر را در طول یک منفذ هسته ای، عقب تر برده، که اون دریچه ایست برای قسمتی بنام هسته که تمام DNA را در خود جای داده. تمام این میدان دید به اندازۀ یک ترم بیولوژی زمان لازم داره، و من فقط هفت دقیقه زمان دارم. بنابراین ما نمیتونیم اونو امروز انجام دهیم؟ نه، بهم گفتند، "نه."
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.
این تصویر یک سلول زنده زیر نور میکروسکوپ است. با وقفۀ زمانی فیلمبرداری شده، برای همینه که می تونید حرکت اونو ببینید. پوشش هسته ای تجزیه می شه. این چیزهای سوسیس مانند، کروموزوم هستند، و ما به اونا می پردازیم. اونا با حرکت قابل توجهی که روی این نقطه های کوچک قرمز متمرکز شده، در حرکتند. وقتی سلول حس کرد که آمادۀ حرکته، کروموزوم را پاره می کنه. یک سری DNA به یک سمت می روند، و یکسری به سمت دیگر می روند کپی یکسانی از DNA . و سپس سلول از وسط به دو نیم تقسیم می شود. و دوباره بگم، شما میلیاردها سلول در بدن خود دارید که همین حالا در حال انجام این پروسه هستند.
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.
حال ما به عقب بر می گردیم و فقط روی کروموزومها تمرکز می کنیم و به ساختار اون نگاه کرده و توصیفش می کنیم. خُب دوباره ما در اون لحظۀ خط تقسیم هستیم. کروموزومها در یک ردیف صف کشیدند. و اگر ما تنها یک کروموزوم را جدا کنیم، اونو بیرون کشیده و به ساختارش نگاهی می اندازیم. بدین ترتیب این یکی از بزرگترین ساختارهای مولکولی شماست، حداقل تا حدی که ما در درون بدنمان کشف کرده ایم. خُب این یک دانه کروموزوم است. و شما دو رشته DNA در هر کروموزوم دارید. هر یک از رشته ها مثل یک سوسیس، جداگانه بسته بندی شده است. هر یک از رشته ها مثل یک سوسیس، جداگانه بسته بندی شده است.
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.
این چیزهای ریش ریش که از هر طرف بیرون زده اند داربست متحرک سلول هستند. اونا mircrotubules نامیده می شوند. اسمش اونقدر مهم نیست. اما اونچه که بهش توجه می کنیم، این منطقۀ قرمزه -- من اونو قرمز نامیدم-- و اون سطح مشترک بین داربست متحرک و کروموزوم هاست. و اون سطح مشترک بین داربست متحرک و کروموزوم هاست. که به وضوح عامل اصلی حرکت کروموزومهاست. ما واقعا" هیچ ایده ای نداریم که چطور این حرکت را انجام می ده.
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.
ما بیش از صد ساله که دربارۀ این چیزهایی که بنام kinetochore (الیاف قطبی) می نامند، مطالعه ای جدی کرده ایم، و ما هنوز در آغاز راه کشف چگونگی اون هستیم. اون از حدود 200 نوع مختلف پروتئین تشکیل شده که روی هم 1000 پروتئین می شه. اون یک سیستم ارسال سیگنال است. هر موقع حس کنه که همه چیز منظم و آماده برای جدا شدن کروموزومهاست، از طریق سیگنالهای شیمیایی به بقیۀ سلولها اعلام آمادگی می کند. اون قابلیت وصل شدن با microtubules (نوارهای نقاله داخل سلول) در حال رشد یا در حال کوچک شدن را دارد.
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.
اون با روند رشد microtubules ارتباط دارد، و قادر است بطور موقت به اون وصل شود. اون همچنین یک سیستم حسی هشدار دهنده است. می تونه زمان آمادگی سلول را حس کنه، وقتی کروموزوم بدرستی در جایش قرار گرفته است. اینجا رنگش سبز می شه چون حس می کنه که همه چیز کاملا" درسته. و شما می بینید که این یه ذرّۀ آخر، هنوز قرمز باقی مونده. و به سمت microtubules حرکت کرده و دور می شود. این سیستم ارسال سیگنالی است که سیگنال توقف را ارسال می کند. و داره دور می شه. منظورم اینه که، این عمل مکانیکی است. این مکانیسم خودکار مولکولی است.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
این روشِ وقتی است که در مقیاس مولکولی کار می کنید. بنابراین با یه کم عشوه گری مولکولی،
(Laughter)
ما kinesins (پروتئین حرکتی) بدست آوردیم، که اون نارنجی رنگهاست.
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.
اونها مولکولهای کوچک راهنمای مولکولی هستند که در یک جهت حرکت می کنند. و در اینجا dynein ( پروتئین وزیکول) وجود دارد. اونها در حال حمل سیستم ارسالی هستند. و اونا با کمک از پاهای بلندشان می تونند از موانع و غیره عبور کنند. دوباره بگم، تمام اینها بطور دقیق از علم برگرفته شده است. دوباره بگم، تمام اینها بطور دقیق از علم برگرفته شده است. مشکل اینه که نمی تونیم اونو به هیچ روش دیگه ای به شما نشون بدیم.
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.
جستجو در تازه ترین یافته های علم، و تازه های دانش بشری، حیرت آوره. کشف این موارد بطور حتم یک انگیزۀ خوش آیندی برای فعالیت در زمینۀ علم است. اما برای بیشتر محققان پزشکی، کشف چیزها بسادگی، قدم نهادن بسوی هدف است، که همان نابودی بیماری، دفع زجر و ناراحتی ناشی از بیماری و رها کردن مردم از فقر است.
Thank you.
سپاسگزارم
(Applause)
(تشویق حاضرین)