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.
Миний та бүхэнд үзүүлэх гэж буй зүйл бол бидний бие дэх амьд бүтцийн гайхамшигтай молекулын механизм юм. Молекулууд бол үнэхээр маш жижигхэн. Жижиг гэдэг нь бүр маш жижигхэн гэсэн үг. Тэд хэмжээгээрээ гэрлийн долгионоос бага. Иймээс тэднийг шууд харах боломжгүй. Харин шинжлэх ухааны ачаар молекулын түвшинд юу болж байдгийг бид сайн мэдэх болсон. Бид молекулуудын талаар та нарт ярьж өгч болох ч тэднийг шууд үзүүлэх боломжгүй.
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.
Нэр төрлийн арга нь зургаар харуулах. Энэ арга үнэндээ шинэ зүйл биш. Эрдэмтэд өөрсдийн бодох, шинэ ололт хийх үйл явцын нэг хэсэг болгон зураг ашигласаар ирсэн. Тэд телескоп болон микроскоп гэх мэт шинжлэх ухааны төхөөрөмжөөр харсан зүйлээ, мөн толгойд эргэлдэх бодлуудаа зургаар илэрхийлдэг байсан. Шинжлэх ухааныг урлагийн бүтээлээр илэрхийлж чадсан алдартай хоёр жишээг сонгож авсан.
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.
Галилеогоос эхэлье. Тэрээр анхны телескопоор сарыг харсан юм. Тэр сарны талаарх бидний ойлголтыг бүрэн өөрчилсөн. 17-р зуунд сарыг гайхамшигтай төгс бөмбөрцөг гэж ойлгодог байсан. Харин Галилеогийн ажигласнаар чулуурхаг, хоосон цөл байсан ба үүнийг усан будгаар дүрсэлжээ.
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.
Өөр нэг томоор сэтгэдэг эрдэмтэн бол биологийн ухааны жинхэнэ од Чарльз Дарвин. Тэр өөрийн дэвтэртээ хийсэн алдарт тэмдэглэлдээ зүүн дээд талд нь "Миний бодлоор" гэж байгаад доор нь анхны амьдралын модыг зурсан. Энэ нь бүх төрөл зүйл, Дэлхий дээрх амьд биетүүд эволюциэр хэрхэн өөр хоорондоо холбогддог тухай түүний ойлголт байсан юм. Үүнд байгалийн шалгарал болон удамшил, тэдгээр төрөл зүйлүүдийн гарал үүслйиг харуулжээ.
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.
Хэдий би өөрөө судлаач болсон ч, молекулын биологийн эрдэмтдийн ажлынхаа талаар тавьсан гоёмсог мэргэжлийн үг хэллэг, зүйрлэлүүдээр дүүрэн лекцүүдийг сонсоод юу ч ойлгодоггүй байсан юм. Харин нэг өдөр би Скрипc Хүрээлэнгийн молекулын биологич Дэвид Гудзэллийн урлагийн бүтээлийг олж харсан. Түүний зурагнууд маш оновчтой бөгөөд хэмжээний хувьд зөв харьцаатай байв. Түүний бүтээл нь бидний бие дэх молекулын ертөнц ямар болохыг ухааруулсан.
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.
Энэ бол цусны хөндлөн зүсэлт. Зүүн дээд буланд шар, ногоон хэсэг байна. Энэ бол цусан дах шингэн бөгөөд голдуу уснаас бүрдэхээс гадна, биеийн дархлаа, сахар, дааврууд зэргийг агуулдаг. Энэ улаан хэсэг нь цусны улаан бөөм. Тэр улаан молекулууд бол цусны улаан цогцос. Тэд улаан байдаг учраас цусыг улаан өнгөтэй болгодог. Улаан цогцос нь яг хөвөн шиг уушигнаас хүчилтөрөгчийг өөртөө шингээн биеийн бусад хэсэгт түгээдэг.
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.
Олон жилийн өмнө би энэ зурагнаас их урам авсан юм. Тэгээд "Компьютер график ашиглан молекулын ертөнцийг харуулах боломжтой юу? Яаж харагдах бол?" гэж бодсон. Миний ажил ингэж эхэлсэн. За одоо эхэлье. Энэ бол ДНХ-ийн сонгодог, хос спираль хэлбэр.
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.
Үүнийг Рентгений кристаллографик ашиглаж хийсэн. Тиймээс маш нарийн ДНХ загвар. Хэрвээ бид хос спиралийг задалж харвал шүд шиг харагдана. Эдгээр нь бидний ДНХ-д маань бичигдсэн 25 мянган ширхэг ген юм. Энэ эрдэмтдийн их ярьдаг зүйл: генетикийн код. Харин би ДНХ шинжлэх ухааныг өөр нэг өнцгөөс нь буюу ДНХ-ийн физик шинж чанарын талаар ярья. Энэ хоёр утаслаг эсрэг чиглэлтэй байгаа. Гэхдээ үүний шалтгааныг түр алгасъя. Ямартай ч эсрэг чиглэлтэй явдаг. Энэ нь эсүүдэд төвөгтэй байдал үүсгэдэг гэдгийг удахгүй та бүхэн харах болно. Ялангуяа ДНХ-г хуулах үед.
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.
Тиймээс миний одоо үзүүлэх зүйл бол бидний бие дотор яг одоо явагдаж байгаа ДНХ-г хуулбарлах механизмын загвар. Ямар ч байсан 2002 оны биологийн ухаанаар шүү дээ. ДНХ зүүн гар талаас үйлдвэрлэлийн шугам руу орж эдгээр бяцхан биохимийн бөөгнөрлийг мөргөснөөр ДНХ-ийн утаслагийг задалж яг адил хуулбарыг бий болгодог. ДНХ дотогш орж хайрсан боов хэлбэртэй цэнхэр бүтцийг мөргөж хоёр хэлхээ болгон задална. Нэг утаслаг нь шууд хуулбарлагдана. Таны харж байгаачлан доод хэсэг рүү салж гарч байна. Харин нөгөө хэсэг нь эсрэг чиглэлд хуулбарлахад жаахан төвөгтэй болдог. Тиймээс дахин дахин ийм гогцоо маягтайгаар хаягдаж нэг нэг ширхгээр олширон хоёр шинэ ДНХ молекулыг бүтээдэг.
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.
Яг одоо таны бие дотор олон тэрбум ийм бүтцүүд таны ДНХ-г өндөр нарийвчлалтай хуулбарлаж байгаа. Энэ бичлэг таны биед явагдаж буй ажиллагааг оновчтой дүрслэн харуулах төдийгүй, мөн бодит хурдаар харуулна. Энэ бичлэгийн залруулга гэх мэт олон зүйлсийг дурдалгүй үлдээе.
(Laughter)
Энэ бичлэг бол олон жилийн өмнө хийсэн бүтээл.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Баярлалаа. (Алга ташилт)
(Applause)
Энэ бол миний олон жилийн өмнөх бүтээл.
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.
Одоо та нарт орчин үеийн техник, шинжлэх ухаанд тулгуурласан бичлэгийг үзүүлье. Дахин ДНХ-ээс эхэлье. ДНХ ойр орчмын молекулуудаас болоод ийш тийшээ ганхаж байна. ДНХ-ийг сайн харуулахын тулд молекулуудыг түр хассан. ДНХ-ийн диаметр нь 2 нанометр бөгөөд маш жижигхэн байдаг. Таны биеийн эс бүрт байдаг ДНХ-ийн нэг утаслагийн урт 30-40 сая орчим нанометр байдаг. ДНХ-г зохион байгуулж генетикийн кодтой холбохын тулд ДНХ нь тод яагаан өнгийн уургийг ороосон байдаг. Би энд тод ягаанаар тэмдэглэсэн. Багцлагдан боогдсон байдаг. Энэ бүх зүйл бол ердөө ДНХ-ийн ганц утаслаг юм. Энэ том ДНХ-ийн багцыг хромосом гэдэг. Хромосомын талаар удахгүй ярилцах болно.
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."
Татаж гаргаад томруулаад атомын нүхээр гадагш харцгаая. Энэ нь эсийн гол цөм гэгддэг бүх ДНХ-г агуулдаг хэсэгт нэвтрэх гарц юм. Бидний харж байгаа зүйлс бүтэн улирал үзэх биологийн хичээлийг долоохон минутанд багтаасан байгаа. Үүнийг өнөөдөр дуусгаж чадахгүй гэж үү? Намайг хүмүүс "Чадахгүй" гэдэг.
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.
Энэ бол амьд эсийг гэрэлтэй микроскопоор харсан зураг. Урт хугацаанд авсан бичлэг учир эсийн хөдөлгөөнийг харж болно. Цөмийн бүрхүүл задарна. Энэ зайдас хэлбэртэй зүйл бол хромосом, үүнийг ажиглан харцгаая. Тэдгээр нь жижигхэн улаан толбуудад төвлөрч хурдтай өөрчлөгдөж байна. Эс хуваагдахаа дөхөөд ирэхээр хромосомоо хуваадаг. Нэг багц ДНХ нэг тал руугаа, нөгөөх нь эсрэг зүгт явж байна. Яг адилхан ДНХ хувилбар. Тэгээд эс голоороо хуваагдаж байна. Таны биеийн олон тэрбум ширхэг эсүүд дотор яг одоо энэ үйл явц явагдаж байгаа.
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.
Одоо бичлэгээ буцаагаад хромосомуудын бүтцийг тайлбарлая. Энэ төв хэсэгт ямар нэг зүйл явагдаж байна. Хромосомууд эгнээ үүсгэж байна. Ганцхан хромосомыг тусгаарлаад түүнийг ажиглацгаая. Энэ бол одоогийн байдлаар мэдэгдээд байгаа бидний бие дэх хамгийн том молекулын бүтцүүдийн нэг юм. Тиймээс дан ганц хромосом. Хромосом бүрт ДНХ-ийн хос утаслаг байдаг. Нэг нь нэг зайдас хэлбэрт орж бэхлэгдсэн. Нөгөө нь өөр нэг зайдас шиг болсон байна.
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.
Энэ хоёрын голуур нэвтрэн гарсан сахал шиг зүйл бол эсийн хөдөлгөөнт шат юм. Үүнийг микрогуурс гэдэг. Нэр нь тийм ч чухал биш. Анзаарч харах зүйл бол энэ улаан бүс. Би улаанаар тэмдэглэсэн. Энэ нь хөдөлгөөнт шат болон хромосомуудын хоорондоо холбогдож байгаа уулзвар юм. Энэ уулзвар хромосомын хөдөлгөөнд гол үүрэг гүйцэтгэдэг нь тодорхой. Гэхдээ хромосомыг хэрхэн хөдөлгөдөг болохыг мэдэхгүй байсан.
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.
100 гаруй жилийн турш судлаачид энэ уулзварыг хромосомын гол цөм гэдэг энэ зүйлийг идэвхтэй судалж байгаа ч өнөөг хүртэл маш багыг олж мэдсэн. Хромосомын гол цөм нь олон мянган ширхэг 200 орчим төрлийн уургаас бүрдсэн байдаг. Энэ бол дохио өгдөг систем юм. Тэрээр эсийг хуваагдахад бэлэн болсныг химийн дохиогоор дамжуулан, хромосомууд байрлалаа авч дууссаныг бусад эсүүдэд мэдээллэдэг. Гол цөм нь томорч, жижгэрдэг микрогуурстай нэгдэж чаддаг.
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.
Микрогуурс томроход түүнтэй хормын төдийд нэгддэг. Тэр мөн мэдрэгч бүхий систем. Эс хэзээ хуваагдах, хромосом зөв байрласан эсэхийг мэдэрдэг. Гол цөм бүх зүйл хэвийн байгааг мэдээд өнгө нь ногоорч эхэлдэг. Энд улаанаараа үлдсэн жаахан хэсэг байна. Энэ хэсэг микрогуурсаар дамжин бууж байна. Энэ бол дохио дамжуулах системийн өгч байгаа зогсох дохио. Тэр холдож байна. Механик аргаар гэсэн үг. Яг молекулан цаг шиг.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Молекулын түвшинд ингэж ажилладаг. Багахан молекулын тусламжтай
(Laughter)
улбар шар өнгөөр тэмдэглэсэн кинезиныг үзүүлье.
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.
Жижигхэн молекулан мэдээлэл дамжуулагчид нэг чиглэлд явдаг. Энэ динейн байна. Тэд дамжуулах системийг хариуцдаг. Тэд урт хөлтэй учир замд таарах саадыг давдаг. Дахин давтахад, энэ бичлэг бол шинжлэх ухааны үндсэн дээр оновчтой хийгдсэн. Үүнээс өөрөөр үзүүлэх боломжгүйд гол асуудал байна.
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.
Шинжлэх ухааны хил хязгаар, хүн төрөлхтний мэдлэгийн хил хязгаарыг судална гэдэг үнэхээр агуу зүйл. Эдгээрийг нээн илрүүлнэ гэдэг шинжлэх ухааны салбарын таашаалтай урамшуулал. Ихэнх анагаах ухааны судлаачдын хувьд нээлт хийнэ гэдэг өвчнийг үндсээр нь арилгах, өвчний зовлон шаналлыг арилгах, хүмүүсийг ядуурлаас гаргах том зорилгод хүрэх замын зөвхөн нэг алхам билээ.
Thank you.
Баярлалаа.
(Applause)
(Алга ташилт)