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.
Det jeg skal vise dere nå er de forbløffende molekylære maskinene som utgjør det levende vevet i kroppen vår. Molekyler er bitte, bitte små. Og med små, mener jeg virkelig små. De er mindre enn bølgelengden til lys, så vi har ingen måte å observere dem på direkte. Men takket være vitenskapen, har vi en temmelig god idé om hva som foregår på molekylært nivå. Så vi kan faktisk fortelle dere om molekylene, men vi har ingen direkte måte å vise dem på.
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.
Det vi kan gjøre er å lage tegninger. – Og det er ikke noe nytt. Vitenskapsmenn har alltid laget tegninger som en del av sin tanke- og oppdagelsesprosess. De tegner det de observerer med egne øyne, ved hjelp av teknologi som teleskop og mikroskop, og også av de forestillinger de lager i sitt eget hode. Jeg har valgt to velkjente eksempler, – kjent for å uttrykke vitenskap gjennom kunst.
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.
Og jeg starter med Galileo som benyttet verdens første teleskop til å se på månen. Og han endret vår forståelse av månen. Oppfatningen i det 17. århundre var at månen var en perfekt himmelsk kule. Men det Galileo så, var en steinete, gold verden, slik han har uttrykt det i denne akvarellen.
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.
En annen vitenskapsmann med store idéer, biologiens superstjerne, er Charles Darwin. Og på denne berømte sida fra hans notater, starter han oppe til venstre med "Jeg tenker", og så lager han den første skissen av livets tre, som er hans oppfattelse av hvordan alle arter, alt levende på jorden, er forbundet gjennom evolusjonshistorien -- artenes utvikling gjennom naturlig seleksjon og endringer fra tidligere generasjoner.
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.
Jeg er selv vitenskapsmann, men har gått på forelesninger av molekylærbiolologer og opplevd dem som totalt uforståelige, med alt sitt finurlige språk og sjargong som de bruker for å forklare hva de gjør, helt til jeg oppdaget kunstverkene til David Goodsell, som er molekylærbiolog fra Scripps institutt. Og bildene hans, – som er nøyaktige og der alt er i riktig målestokk – de belyste for meg hvordan den molekylære verden inne i oss er.
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.
Dette er et tverrsnitt av blod. Oppe til venstre er det et gulgrønt område. Det gulgrønne området er væskene i blodet, for det meste vann, men der er også antistoffer, sukker, hormoner og slike ting. Og det røde området er et snitt gjennom en rød blodcelle. Og de røde molekylene er hemoglobin. De er faktisk røde, det er det som gir blodet farge. Hemoglobin opptrer som en molekylær svamp som suger opp oksygen i lungene våre og deretter frakter det til andre deler av kroppen.
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.
Jeg ble veldig inspirert av dette bildet for mange år siden, og lurte på om vi kunne bruke datagrafikk til å representere den molekylære verden. Hvordan ville det bli seende ut? Slik var det jeg begynte. Så la oss starte. Dette er DNA i den klassiske dobbelspiralen.
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.
Det er fra røntgenkrystallografi, så det er en nøyaktig modell av DNA. Hvis vi vikler opp spiralen og tar de to strengene fra hverandre, ser dere dette som ligner på tenner. Det er bokstavene som utgjør den genetiske koden, de 25 000 genene som er lagret i ditt DNA. Det er dette de vanligvis snakker om, den genetiske koden, det er den de snakker om. Men jeg vil ta opp et annet aspekt som gjelder DNA, og det er DNAs fysiske natur. Det er disse to strengene som går i hver sin retning av grunner jeg ikke kan ta opp nå. Men fysisk går de altså i hver sine retninger, og det skaper en hel del problemer for levende celler, som dere snart skal se, særlig når DNA skal kopieres.
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.
Så det jeg skal vise dere er en nøyaktig fremstilling av DNA-kopieringsmaskinen som akkurat nå arbeider inne i kroppene deres, i alle fall i 2002-biologi. DNAet kommer inn på produksjonslinjen fra venstre, og treffer denne samlingen av biokjemiske maskiner i miniatyr, som drar DNA-strengene fra hverandre og lager en eksakt kopi. DNAet kommer alså inn og treffer denne blå, smultringformede saken og blir revet fra hverandre til to strenger. En streng kan bli kopiert direkte, det er det som spoles av nederst. Men det er ikke så enkelt for den andre strengen, fordi den må kopieres baklengs. Den må gjentatte ganger kveiles av i løkker og bli kopiert seksjon for seksjon, slik at det skapes to nye DNA-molekyler.
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.
Det er milliarder av slike maskiner som akkurat nå arbeider inne i kroppene deres, og kopierer DNAet med utsøkt kvalitet. Dette er en nøyaktig gjengivelse av det som foregår, og farten er også temmelig lik den som foregår inne i dere. Jeg har ikke tatt med feilretting og en haug andre ting.
(Laughter)
Dette ble laget for en del år siden.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Takk, takk. Dette er arbeid fra noen år tilbake,
(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.
men det jeg skal vise nå er oppdatert vitenskap, oppdatert teknologi. Vi starter igjen med DNA. Det svinger og snor seg fordi det er omgitt av en suppe av molekyler, som er fjernet, slik at dere kan se noe. DNA er omtrent to nanometer i tverrsnitt, noe som virkelig er ganske smått. Men i hver eneste av cellene dere har, er hver tråd av DNA rundt 30 til 40 millioner nanometer lang. Så for å holde orden på DNAet og regulere tilgangen til den genetiske koden, er det viklet rundt disse fiolette proteinene -- det vil si, jeg har gjort dem fiolette her. Det er pakket og buntet. Alt det vi ser her er et enkelt DNA-molekyl. Denne enorme pakken av DNA kalles et kromosom. Vi skal komme tilbake til kromosomer om et øyeblikk.
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."
Vi drar oss tilbake, zoomer ut, ut gjennom en kjernepore, som er inngangen til det kammeret som inneholder all DNA, kalt kjernen. Alt som er i synsfeltet nå er omtrent ett semesters biologistudium, og jeg har sju minutter. Så vi klarer ikke alt det i dag vel? Nei, sier de, "Nei".
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.
Slik ser en levende celle ut i et lysmikroskop. Det er filmet med intervallopptak, derfor kan en se bevegelser. Kjernemembranen brytes ned. De pølselignende sakene er kromosomer, og vi skal fokusere på dem. De gjennomgår denne slående bevegelsen. sentrert om de små røde flekkene. Når cellen føler at den er klar, deler den kromosomet i to. Et sett DNA går til den ene siden, den andre siden får det andre settet -- identiske kopier av DNA Deretter deles cellen langs midten. Og igjen; det er milliarder celler som gjennomgår denne prosessen akkurat nå, inne i dere.
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.
Nå skal vi spole tilbake og bare fokusere på kromosomene, se på strukturen deres og beskrive den. Her er vi tilbake i ekvatorøyeblikket. Kromosomene stiller seg på linje. Hvis vi isolerer bare ett kromosom, skal vi konsentrere oss om det og se på strukturen. Dette er en av de største molekylære strukturer som fins, i alle fall av det vi har oppdaget inne i oss så langt. Dette er et enkelt kromosom. Og det er to tråder av DNA i hvert kromosom. En er kveilet opp til én pølse. Den andre tråden er kveilet opp til den andre pølsen.
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.
Det som ser ut som barter som stikker ut på hver side er de dynamiske stillasene i cellen. De kalles mikrotubuli. Navnet er ikke viktig. Det vi skal fokusere på er det røde området – jeg har merket det rødt her – og grenseflaten mellom det dynamiske stillaset og kromosomene. Det er tydeligvis sentralt i bevegelsen av kromosomene. Vi har egentlig ingen idé om hvordan det oppnår bevegelsen.
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.
Vi har undersøkt dette som kalles kinetisk orb gjennom over hundre år med intense studier, og vi har bare så vidt begynt å oppdage hva det dreier seg om. Det består av opp til 200 ulike typer protein, tusenvis av proteiner til sammen. Det er et signalsystem. som sender kjemiske signaler, og forteller resten av cellen når det er klart, når den føler at alt er oppstilt og klar til å starte med delingen av kromosomene. Den er i stand til å koble seg på de voksende og krympende mikrotubuliene.
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.
Den er involvert i veksten av mikrotubuli, og kan koble seg på dem for en stund. Det er også et system for oppmerksomhet. Det føler når cellen er klar, når kromosomene er i riktig posisjon. Her blir det grønt fordi den føler at alt er helt riktig. Og som dere ser er det en liten bit til slutt som fremdeles er rød. Og den blir båret nedover mikrotubuliene. Det er signalsystemet som sender stoppsignalet. Som blir båret bort. Det er altså så mekanisk. Det er et molekylært urverk.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Slik virker dere i molekylær målestokk. Her har vi mer molekylært snadder,
(Laughter)
de orange delene er kinesin.
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.
Det er små kurermolekyler som går i en retning. Dette er dyenin. De bærer meldingssystemet vi snakket om. De har lange bein, slik at de kan komme forbi hindringer og slikt. For å gjenta: dette er nøyaktig hentet fra vitenskapen. Problemet er bare at vi ikke kan vise det på noen annen måte.
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.
Å utforske vitenskapens grenser, på grensen av menneskelig forståelse, er overveldende. Å oppdage noe som dette er virkelig et lystbetont insentiv til å arbeide med vitenskap. Men de fleste medisinske forskere som oppdager tingene, tar enkeltsteg på veien mot de store målene, som er å utrydde sykdommer, fjerne lidelsen og smerten som sykdom medfører, og løfte mennesker ut av fattigdom.
Thank you.
Tusen takk!
(Applause)
(Applaus)