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.
A következőről fogok beszélni Önöknek: a lenyűgöző molekuláris gépekről, amelyek testünk élő szövetét alkotják. A molekulák nagyon, nagyon kicsik. Itt a kicsi alatt azt értem, hogy tényleg aprók. Kisebbek a fény hullámhosszánál, így semmi esélyünk, hogy közvetlenül megfigyeljük őket. De a tudományos kutatásokon keresztül elég jó képet kaphatunk arról, hogy a molekuláris mérettartományban mi történik. Annyit tehetünk, hogy mesélünk ezekről a molekulákról, de nem tudjuk a molekulákat közvetlenül bemutatni.
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.
Erre egy megoldás, hogy képeket rajzolunk. És ez az ötlet egyáltalán nem új. A tudósok mindig is készítettek képeket a gondolkodásukat és felfedezésüket segítendő. Képeket rajzoltak arról, amit a szemükkel láttak, a technológia, a teleszkópok és mikroszkópok segítségével, és arról is, hogy mire gondoltak közben. Két jól ismert példát választottam erre, mert ezek nagyon ismertek arról, hogy a művészet által szólnak a tudományról.
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.
Galileivel kezdem, aki a világ első teleszkópját használta, hogy a Holdat megfigyelje. Ő átalakította a Holdról alkotott elképzelésünket. A XVII. században azt gondolták, a Hold tökéletes, mennyei gömb. De amit Galilei látott, egy sziklás, puszta világ volt, amit ki is fejezett vízfestékkel készült képein.
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.
Egy másik nagy ötletekkel rendelkező tudós, a biológia szupersztárja, Charles Darwin. Az ő híres naplóbejegyzése, amit a bal felső sarokban kezd azzal, hogy "úgy gondolom", aztán felvázolja a törzsfát, ami az ő elképzelése arról, hogy a fajok, minden élőlény a Földön, evolúciós történetük révén hogyan állnak kapcsolatban -- a fajok természetes szelekció során keletkeznek, és az ősi populációból terjednek szét.
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.
Még tudósként is jártam molekuláris biológusok előadásaira, és teljesen érthetetlennek találtam őket, a sok pompás szakkifejezés és szakzsargon miatt, amit használtak, amikor a munkájukról beszéltek, mígnem rátaláltam David Goodsell művészi munkáira, aki molekuláris biológus a Scripps intézetben. És az ő képeire, amelyek mind pontosak, és méretarányosak. És az ő munkája világossá tette számomra, hogy milyen a bennünk lévő molekuláris világ.
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.
Ez egy vér keresztmetszeti kép. A bal felső sarokban van egy sárgászöld rész. A sárgászöld rész a vér folyadék komponense, ami nagyrészt víz, de tartalmaz antitesteket, cukrokat hormonokat és egyéb hasonlókat is. A piros rész egy vörösvértest szelete. Azok a piros molekulák pedig hemoglobinok. Ezek valójában is pirosak, tőlük piros a vér. A hemoglobin olyan, mint egy molekuláris szivacs, ami felszívja az oxigént a tüdőben, és aztán a test más részeibe szállítja.
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.
Nagy hatással volt rám ez a kép évekkel ezelőtt. Azon gondolkodtam, vajon tudnánk-e számítógépes grafikát használni arra, hogy bemutassuk a molekuláris világot. Milyen lenne? És itt kezdődött a történet. Kezdjünk is bele. Ez itt a DNS klasszikus kettős spirál formában.
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.
Röntgendiffrakciós képekről származik, tehát a DNS egy pontos modellje. Ha kitekerjük a kettős spirált és szétcipzárazzuk a szálakat, láthatók ezek a részek, amik úgy néznek ki, mint a fogak. Ezek a genetikai kód betűi, az a 25 ezer gén, amik a DNS-ünkbe vannak írva. Tehát általában erről van szó -- a genetikai kódról --, általában erről beszélnek. De én a DNS más vonatkozásiról szeretnék most beszélni, és ezek a DNS fizikai tulajdonságai. A két szál ellentétes lefutású, olyan okok miatt, amikbe most nem tudok belemenni. Fizikailag ellentétes irányokba haladnak, ami az élő sejtekben okoz némi bonyodalmat, amit mindjárt meg is láthatunk. Főként a DNS másolásakor.
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.
Amit most láthatóvá szeretnék tenni, egy valósághű megjelenítése a valós DNS-másoló gépezetnek, amely jelenleg is működik a testünkben, legalábbis a 2002. év biológiája szerint. A DNS balról érkezik a gyártósorra és beleütközik a miniatűr gépek kollekciójába, amik a DNS-szálakat szétválasztják, és pontos másolatot készítenek. Tehát jön a DNS és eléri ezt a kék, fánk alakú struktúrát ami két szálra szedi szét. Az egyik szál folyamatosan másolódhat, és ez látható, amint lefűződik az alsó részen. De kevésbé ilyen egyszerű a második szál esete, mert visszafelé kell másolódnia. Ezért hajlik ismételten hurkokba és másolódik szakaszról szakaszra, ahogy a két új DNS molekula képződik.
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.
Na, mármost ilyen gépekből milliárdnyival rendelkezünk, amik ebben a pillanatban is dolgoznak és másolják a DNS-t kitűnő pontossággal. Ez egy valósághű megjelenítés, és körülbelül a valós sebességgel is ábrázolt, amellyel bennünk működik. Kihagytam a hibajavítást és egy kazal egyebet.
(Laughter)
Ez a munka pár évvel ezelőtt készült.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Köszönöm. Ez egy pár évvel ezelőtti munka,
(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.
a következő friss tudomány és technológia. Ismét a DNS-sel kezdünk. Izeg-mozog a környező molekuláris levestől, amit eltüntettem, hogy látható is legyen valami. A DNS körülbelül 2 nanométer átmérőjű, ami igazán apró, de minden egyes sejtünkben minden egyes szál kb. 40-50 millió nanométer hosszú. Hogy a DNS rendezett és szabályozható legyen a kód eléréséhez, ezek köré a lila fehérjék köré van föltekerve -- mármint hogy lilával jelöltem épp őket. Össze van csomagolva és föl van tekerve. Az egész képen egy DNS-szál látható. Ezt a nagy csomag DNS-t hívjuk kromoszómának. Amihez egy perc múlva visszatérünk.
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."
Távolodunk és kizoomolunk a képből egy nukleáris póruson keresztül, ami a kapu a DNS-t tartalmazó sejtrészbe, ami a sejtmag. Ez az egész kép körülbelül egy félévnyi biológia tananyag és nekem hét percem van. Ma nem tudunk erre mind sort keríteni? Nem... Azt mondják nem.
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.
Így néz ki egy élő sejt a fénymikroszkóp alatt. És gyorsított felvétellel látható, ahogy mozog. Lebomlik a sejtmagmembrán. Ezek a hurkácskák a kromoszómák, és most rájuk fókuszálunk. Feltűnő mozgásban vannak ami ezek köré a piros pöttyök köré szerveződik. Amikor a sejt úgy érzi, hogy készen áll, szétválasztja a kromoszómákat. Az egyik adag DNS megy az egyik oldalra, a másik oldalnak jut a másik adag DNS -- a két azonos másolatból. Ezután a sejt középen kettéválik. Ismétlem, milliárdnyi sejtünk van, amelyek épp most is ebben a folyamatban vannak.
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.
Most visszatérünk a kromoszómákhoz, megnézzük a szerkezetüket és hogy milyenek. Tehát itt vagyunk a fordulópont időpontjában. A kromoszómák felsorakoznak. Ha egy kromoszómát kiválasztunk, és kihúzzuk, hogy megnézzük a szerkezetét. Ez az egyik legnagyobb létező molekuláris struktúra, legalábbis az eddig emberben felfedezett legnagyobb. Ez egyetlen kromoszóma. Minden ilyen kromoszómában két szál DNS van. Az egyik az egyik hurkába van feltekerve, a másik pedig a másik hurkába.
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.
Ezek a dolgok, amik úgy néznek ki, mintha szálak állnának ki belőlük, a sejt dinamikus állványzata. A mikrotubulusok, de a név most nem fontos. Erre a piros részre fogunk ráközelíteni, amit itt bejelöltem, ez az interfész a kromoszómák és az állványzat között. Nyilvánvalóan központi szerepet játszanak a kromoszómák mozgásában. És nincs róla még pontos fogalmunk, hogy hogyan valósul meg ez a mozgás.
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.
Ezt a részt, amit kinetokórnak hívnak, több mint száz éven keresztül aktívan tanulmányozták, és épp hogy kezdjük felfedezni, miként is működik. Kétszáz fajta fehérjéből áll, összesen több ezer fehérjéből. Ez egy jeladó rendszer. Kémiai szignálokkal jelzi a sejt többi részének, hogy mikor áll készen, amikor úgy érzi, hogy minden megfelelően felsorakozott és előkészült a kromoszómák elválására. Hozzá tud kapcsolódni a növő és zsugorodó mikrotubulusokhoz.
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.
Serkenti a mikrotubulusok növekedését és átmenetileg kapcsolódik hozzájuk. Egyben egy figyelőrendszer is. Érzékeli, hogy mikor áll készen a sejt és hogy mikor rendeződtek el megfelelően a kromoszómák. Itt épp zöldre változik, mert úgy érzi, hogy minden a legnagyobb rendben. És láthatjuk, hogy itt van ez az utolsó kis rész ami piros marad, és elszállítódik a mikrotubulusok mentén. Ez a jelküldő rendszer, ami a „Stop” jelet küldi ki. És elszállítódott. Mármint ez ilyen szinten gépies. Egy molekuláris óramű.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Így működünk molekuláris szinten. Egy kis molekuláris szemfényvesztéssel
(Laughter)
megkapjuk a kinazineket, amik a narancssárga színűek.
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.
Kis molekuláris postaszolgálatok, amik egy irányban járnak. És itt vannak a dineinek, amik a közvetítendő jelet viszik. Hosszú lábaik vannak, hogy át tudják lépni az akadályokat. Ismét, ez mind pontosan és hitelesen van ábrázolva tudományos alapon. A gond csak az, hogy sehogy másként nem tudjuk megmutatni.
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.
A tudomány határterületein kutatva az emberi értelem és tudás határán járunk, ami észvesztően csodálatos. Felfedezni ilyen dolgokat meglehetősen élvezetes ösztönzés arra, hogy a tudományban dolgozzunk. De a legtöbb orvosi kutató --, akik felfedezik az ilyesmit, csupán lépéseket tesz a fő cél felé, ami a betegségek kiküszöbölése, hogy megszűnjön a szenvedés és szerencsétlenség, amit okoznak, és az emberek kiemelkedhessenek a szegénységből.
Thank you.
Köszönöm.
(Applause)
Taps