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.
Hal yang akan saya tunjukkan adalah mesin-mesin molekular yang menakjubkan yang menyusun struktur tubuh Anda. Ukuran molekul benar-benar kecil. Maksud saya, benar-benar kecil. Molekul lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya. sehingga kita tidak dapat mengamatinya secara langsung. Namun dengan ilmu pengetahuan, kita memiliki ide tentang apa yang terjadi pada tingkat molekular Jadi sebenarnya kita dapat memberi tahu tentang molekul namun tidak memiliki cara untuk menunjukkan molekul itu secara langsung.
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.
Salah satu caranya adalah dengan menggambarkannya. Gagasan ini sebenarnya bukan gagasan baru. Ilmuwan selalu membuat gambaran sebagai bagian dari proses berpikir dan penemuan mereka. Mereka menggambar apa yang mereka amati dengan mata mereka melalui teknologi seperti teleskop dan mikroskop, dan juga apa yang mereka pikirkan. Saya akan mengambil dua contoh terkenal karena mengekspresikan ilmu pengetahuan melalui karya seni.
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.
Saya akan mulai dengan Galileo yang menggunakan teleskop pertama di dunia untuk melihat Bulan. Galileo mengubah pemahaman kita akan Bulan. Pada abad ke-17, Bulan dianggap sebagai bulatan sempurna di langit. Namun yang dilihat Galileo adalah dunia berbatu dan tandus yang digambarkannya melalui lukisan cat airnya.
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.
Ilmuwan lain dengan ide yang besar, sang superstar dari biologi, Charles Darwin. Melalui catatan terkenal dalam buku catatannya, dia memulai dari sudut kiri atas dengan, "Saya pikir," dan lalu dia membuat sketsa pohon kehidupan pertama, yang merupakan pemahamannya akan bagaimana semua spesies, semua makhluk hidup di Bumi terhubung melalui sejarah evolusi -- asal usul spesies melalui seleksi alam dan penyimpangan dari nenek moyang yang sama`.
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.
Bahkan sebagain seorang ilmuwan, saya pernah mengikuti kuliah dari ahli biologi molekular. dan merasa hal itu sangat sulit dipahami dengan segala bahasa teknik dan jargon yang mereka gunakan untuk menjelaskan karya mereka sampai saya menemukan karya seni dari David Goodsell, seorang ahli biologi molekul di Institut Scripps. Dan lukisannya yang akurat dengan skala yang benar. Karyanya mencerahkan saya tentang bagaimana rupa dunia molekular dalam diri kita.
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.
Jadi inilah penampang lintang dari darah. Di bagian kiri atas, ada daerah berwarna kuning-hijau. Daerah ini adalah cairan darah, yang sebagian besar terdiri dari air, dan juga antibodi, gula, hormon, dan sejenisnya. Dan bagian berwarna merah adalah irisan sel darah merah. Molekul berwarna merah itu adalah hemoglobin. Mereka berwarna merah, itulah yang memberikan warna pada darah. Dan hemoglobin beritindak sebagai sepon molekular untuk menyerap oksigen di paru-paru Anda lalu membawanya ke bagian tubuh Anda yang lain.
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.
Saya sangat terilhami oleh gambar ini beberapa tahun lalu dan saya ingin tahu apakah kita bisa menggunakan komputer grafik untuk menggambarkan dunia molekular. Seperti apa hasilnya? Dari situlah saya mulai. Jadi mari kita mulai. Inilah DNA dalam bentuk heliks gandanya yang klasik.
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.
Dan ini berdasarkan kristalografi sinar X, jadi ini adalah model yang akurat dari DNA. Jika kita membuka heliks ganda ini dan untaiannya, Anda akan melihat sesuatu yang bentuknya seperti gigi. Itulah kode genetik, 25.000 gen yang tertulis dalam DNA Anda. Itulah yang mereka biasa bicarakan -- kode genetik -- inilah yang mereka bicarakan. Namun saya ingin berbicara tentang aspek DNA yang berbeda yaitu sifat fisik alami dari DNA. Kedua untaian berlawanan arah inilah yang karena suatu alasan tidak dapat saya jelaskan sekarang. Namun kedua untaian yang berlawanan arah inilah yang membuat sejumlah kerumitan bagi sel-sel Anda yang hidup seperti yang akan Anda lihat, terutama saat DNA ini disalin.
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.
Jadi yang akan saya tunjukkan adalah gambaran akurat dari mesin penyalin DNA sebenarnya yang kini sedang beroperasi di dalam tubuh Anda, setidaknya 2002 biologi. DNA memasuki lini produksi dari sisi sebelah kiri dan mengenai kumpulan mesin biokimia mini ini yang memisahkan untaian DNA dan membuat salinan yang sama. Jadi DNA masuk dan mengenai struktur biru berbentuk donat ini di mana kedua untaiannya terpisah. Salah satu untaian itu dapat langsung disalin Anda bisa melihat untaian itu terlilit ke bawah. Namun untuk untaian yang lain tidak semudah itu karena harus disalin mundur. Sehingga untaian ini terlempar berulang kali dan tersalin satu per satu sehingga terbentuk dua molekul DNA baru.
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.
Kini ada miliaran mesin seperti ini yang bekerja di dalam tubuh Anda sekarang menyalin DNA Anda dengan ketelitian yang luar biasa. Inilah gambaran yang akurat dan pada kecepatan yang kurang lebih sama dengan yang terjadi dalam tubuh Anda. Ada beberapa kesalahan dan beberapa hal lainnya yang saya biarkan.
(Laughter)
Inilah hasil dari beberapa tahun lalu.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Terima kasih. Inilah hasil dari beberapa tahun lalu,
(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.
namun berikutnya saya akan menunjukkan ilmu pengetahun terbaru, dengan teknologi terbaru. Kembali, kita mulai dengan DNA. Dan DNA berguncang dan bergoyang karena sup molekular di sekitarnya. yang telah dibuka sehingga dapat Anda lihat. Lebar DNA sekitar 2 nanometer, yang cukup kecil. Namun pada setiap sel Anda, setiap untaian DNA panjangnya mencapai 30 hingga 40 juta nanometer. Untuk menjaga DNA agar tetap teratur dan untuk mengatur akses kode genetik DNA terbungkus oleh protein ungu ini -- atau yang saya warnai ungu di sini. DNA terkemas dan terbungkus. Semua bidang pandang ini adalah seuntai jalinan DNA. Kelompok besar dari DNA ini disebut kromosom. Kita akan kembali pada kromosom nanti.
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."
Kini kita keluar dan menjauh melalui pori-pori nuklear yang merupakan jalan menuju ruangan yang menampung semua DNA yang disebut nukleus. Semua bidang pandang ini adalah pelajaran biologi satu semester, dan waktu saya hanya 7 menit. Jadi apa kita tidak dapat membereskannya hari ini? Tidak. Saya diberi tahu, "Tidak.'
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.
Inilah penampakan sel hidup di bawah mikroskop. Ini telah difilmkan dalam gerak lambat, sehingga Anda melihatnya bergerak. Selubung nuklearnya pecah. Benda berbentuk sosis ini adalah kromosom, yang menjadi fokus kita kini. Kromosom bergerak dengan intensitas tinggi dengan pusat pada titik merah kecil ini. Saat sel-sel itu merasa sudah siap, sel-sel itu akan memisahkan kromosom. Satu set DNA masuk ke sel yang satu dan set yang lain masuk ke sel DNA yang lain -- salinan DNA yang identik. Lalu sel ini terpisah di tengahnya. Dan kembali, ada miliaran sel yang melakukan hal ini di dalam tubuh Anda sekarang.
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.
Kini kita akan mundur dan berfokus pada kromosom, melihat dan menjelaskan strukturnya. Jadi, kita kembali pada pertengahan prosesnya. Kromosom kromosom itu berbaris dan jika mengambil satu kromosom saja, kita akan menariknya dan melihat strukturnya. Inilah salah satu struktur molekul terbesar yang kita miliki, setidaknya sejauh yang telah kita temukan di dalam tubuh kita. Jadi inilah kromosom tunggal, dan ada dua untaian DNA pada setiap kromosom. Satu untaian terbungkus menjadi satu sosis. dan untaian lainnya terbungkus menjadi sosis yang lain.
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.
Benda yang terlihat seperti janggut yang menempel dari setiap sisi adalah kerangka dinamik dari sel yang disebut mikrotubula. Nama itu tidak penting. Kita akan berfokus pada daerah berwarna merah -- saya memberi warna merah di sini -- dan inilah antarmuka antara kerangka dinamik dan kromosom. Sudah pasti daerah ini penting bagi pergerakan kromosom. Kita tidak punya ide bagaimana kromosom dapat bergerak seperti itu.
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.
Kita telah mempelajari hal yang disebut kinetokor selama lebih dari 100 tahun dengan giat. dan kita baru mulai menemukan apa ini sebenarnya. Kinetokor ini terdiri dari 200 jenis protein berbeda, seluruhnya ada ribuan protein. Inilah sistem pemancar sinyal yang memancarkan sinyal-sinyal kimia untuk memberi tahu kapan sel itu siap kapan semuanya sudah tertata dan siap untuk pemisahan kromosom. Kinetokor ini dapat menempel pada mikrotubula yang tumbuh ataupun menyusut
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.
dan berperan dalam pertumbuhan mikrotubula dan dapat menempel untuk sementara pada mikrotubula itu. Kinetokor ini juga merupakan sistem perasa perhatian dapat merasakan kapan sel itu siap, kapan letak kromosom sudah benar. Kinetokor ini berubah warna menjadi hijau karena merasa semuanya sudah benar. Dan Anda lihat, ada sedikit bagian yang masih berwarna merah. Dan ini bergerak menuruni mikrotubula. Itulah sistem pemancar sinyal yang mengirimkan sinyal untuk berhenti. Dan ini berjalan, maksud saya, bersifat mekanis. Ini adalah jam molekular.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Inilah cara Anda bekerja pada tingkatan molekular. Jadi dengan sedikit penarik perhatian ini,
(Laughter)
kita memiliki kinesin, yang merupakan daerah berwarna oranye.
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.
Ini adalah molekul pembawa molekul kecil yang bergerak satu arah. Dan inilah dynein yang membawa sistem pemancar itu dengan kaki-kaki panjang sehingga dapat mengatasi rintangan dan sejenisnya. Kembali, hal ini digambarkan secara akurat dari ilmu pengetahuan. Masalahnya adalah kita tidak dapat menunjukkannya dengan cara lain.
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.
Menjelajahi garis depan ilmu pengetahuan, pada garis depan pemahaman manusia sungguh luar biasa. Menemukan hal-hal semacam ini sudah pasti adalah dorongan menyenangkan untuk bekerja di sini. Namun kebanyakan peneliti medis -- menemukan hal ini hanyalah langkah di jalan menuju tujuan besar yaitu untuk memberantas penyakit, menghilangkan penderitaan dan kesedihan yang ditimbulkannya, dan mengangkat orang-orang dari kemiskinan.
Thank you.
Terima kasih.
(Applause)
(Tepuk tangan)