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.
O que vos vou mostrar são as espantosas máquinas moleculares que criam o tecido vivo que é o nosso corpo. As moléculas são mesmo pequenas. Quando digo pequenas, quero dizer mesmo minúsculas. São mais pequenas que o comprimento de onda da luz, e assim não temos forma de as observar diretamente. Mas através da ciência, temos uma boa ideia do que se passa a nível molecular. Assim o que podemos fazer é falar-vos das moléculas, mesmo não tendo nenhuma maneira de as mostrar diretamente.
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.
Uma forma de fazer isto é desenhando imagens. Esta ideia não é nova. Os cientistas sempre criaram imagens como parte do seu processo de pensamento e descoberta. Desenham imagens daquilo que observam com os olhos, através da tecnologia como os telescópios e microscópios, e ainda sobre aquilo que pensam. Escolhi dois exemplos muito conhecidos porque eles são muito conhecidos por exprimirem ciência através da arte.
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.
E começo com Galileu que usou o primeiro telescópio no mundo para observar a lua. E assim transformou o nosso conhecimento da lua. A perceção no século XVII era que a lua era uma esfera celestial perfeita. Mas o que Galileu viu, foi um mundo árido e rochoso que ele retratou através das suas pinturas a aguarelas.
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.
Outro cientista com grandes ideias, a superestrela da biologia, foi Charles Darwin. Com o famoso começo do seu bloco-notas, ele começa no canto superior esquerdo com "Eu penso". Depois desenhou a primeira árvore da vida, que era a sua perceção de como todas as espécies, todos os seres vivos na Terra, estão ligados na história da evolução, a origem das espécies através da seleção natural e a divergência a partir de uma população ancestral.
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.
Apesar de cientista, eu costumava ir a seminários de biólogos moleculares e achá-los totalmente incompreensíveis, com toda a pomposa linguagem técnica e jargão que eles usavam para descrever o seu trabalho, até encontrar os trabalhos artísticos de David Goodsell, que é um biólogo molecular no Instituto Scripps. As suas imagens — tudo é rigoroso e à escala. E o seu trabalho revelou-me o aspeto do mundo molecular dentro de nós.
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.
Isto é uma secção através do sangue. No canto superior esquerdo, temos uma área amarelo-esverdeada. Esta área representa o fluído do sangue, é praticamente água, mas também anticorpos, açúcares, hormonas, essas coisas. A região vermelha é um corte de um glóbulo vermelho. As moléculas vermelhas são a hemoglobina. São realmente vermelhas; é o que dá a cor ao sangue. A hemoglobina atua como uma esponja molecular que absorve o oxigénio nos pulmões e o leva para outras partes do corpo.
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.
Fiquei muito inspirado por esta imagem há muitos anos, e pensei se podíamos usar gráficos computacionais para representar o mundo molecular. Como ficaria? Foi assim que comecei. Vamos começar então. Este é o ADN na sua forma clássica de dupla hélice.
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.
É por cristalografia por raios-X, por isso é um modelo preciso do DNA. Se desdobrarmos a dupla hélice e separarmos as duas cadeias, vemos estas coisas que parecem dentes. São as letras do código genético, os 25 000 genes que temos escritos no DNA. Isto é do que costumam falar — o código genético — é disto que falam. Mas eu vou falar de um aspeto diferente na ciência do ADN, que é a natureza física do ADN. São estas duas cadeias que correm em direções opostas por razões que agora não posso explicar. Mas correm fisicamente em direções opostas, o que cria algumas complicações para as nossas células, como vamos ver, especialmente quando o ADN está a ser copiado.
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.
Assim, o que vos vou mostrar é uma representação precisa da máquina de replicação do ADN que funciona neste momento dentro do nosso corpo, pelo menos na biologia de 2002. O ADN entra na linha de produção pelo lado esquerdo, e choca com esta coleção, estas máquinas bioquímicas em miniatura, que rasgam a cadeia de ADN e fazem uma cópia exata. Assim o ADN entra e choca com esta estrutura azul em forma de "donut", e é separado nas suas duas cadeias. Uma cadeia pode ser copiada diretamente, e vemos estas coisas a sair da estrutura. Mas as coisas não são tão simples na outra cadeia porque deve ser copiada em sentido contrário. Assim é dobrada repetidamente nestes laços e é copiada uma secção de cada vez, criando duas novas moléculas de ADN.
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.
Temos milhares de milhões de máquinas como estas neste momento a trabalhar dentro de nós, a copiar o ADN com uma fidelidade precisa. É uma representação rigorosa, e mostra a velocidade correta a que trabalha dentro de nós. Não falei da correção dos erros e de muitas outras coisas.
(Laughter)
Este foi um trabalho de há anos.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
(Aplausos)
(Applause)
Obrigado.
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.
Mas o que vou mostrar de seguida é ciência recente, é tecnologia recente. Voltamos a começar com o ADN. Mexe-se e remexe-se devido à sopa de moléculas que o rodeia, que eu removi para se poder ver alguma coisa. O ADN tem cerca de 2 nanómetros de secção, o que é verdadeiramente pequeno. Mas em cada uma das nossas células, cada cadeia de ADN tem cerca de 30 a 40 milhões de nanómetros de comprimento. Para manter o ADN organizado e regular o acesso ao código genético, está enrolado à volta destas proteínas roxas — fui eu que as colori de roxo. Está arrumado e embalado. Tudo isto é uma única molécula de ADN. Esta grande quantidade de ADN condensado chama-se cromossoma. Já voltamos aos cromossomas,
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."
Vamos sair e afastarmo-nos, sair através de um poro nuclear, que é o portão para este compartimento que guarda todo o ADN, chamado núcleo. Todo este tema dá-se num semestre de biologia, e eu só tenho 7 minutos. Assim, não vamos poder ver isto tudo hoje? Não, estão a dizer-me que não.
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.
Esta é o aspeto que uma célula viva tem quando vista ao microscópio. Está a ser filmada ao retardador para vermos o movimento. O envelope nuclear quebra-se. Estas coisas em forma de salsicha são os cromossomas, Eles passam por todo este movimento concentrado naquelas manchas vermelhas. Quando a célula sente que está pronta, separa os cromossomas. Uma parte do ADN vai para um lado, a outra parte do ADN vai para o outro — cópias idênticas de ADN. Assim a célula separa-se a meio. E de novo, temos milhares de milhões de células a passar por este processo dentro de nós.
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.
Vamos voltar atrás e focarmo-nos nos cromossomas e olhar para esta estrutura e descrevê-la. Estamos, de novo, no momento equatorial. Os cromossomas alinham-se. Se isolarmos um só cromossoma, vamos observar a sua estrutura. É uma das maiores estruturas moleculares que temos pelo menos, das encontradas até hoje dentro de nós. Isto é um único cromossoma. Temos duas cadeias de ADN em cada cromossoma. Uma está enrolada em forma de salsicha. A outra está enrolada na forma da outra salsicha.
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.
Estas coisas que parecem bigodes, que saem de cada lado são a plataforma dinâmica da célula. Chamam-se microtúbulos. Não é um nome importante. Vamos observar esta zona vermelha — que eu colori a vermelho — e na interface entre a plataforma dinâmica e os cromossomas. É obviamente importante para o movimento dos cromossomas. Não fazemos ideia de como é conseguido o movimento
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.
Temos estudado esta estrutura a que chamam cinetócoro. há mais de cem anos, com estudos intensos, e ainda estamos a descobrir para que serve. É feito de mais de 200 proteínas diferentes, milhares de proteínas no total. É um sistema de transmissão de sinal. Transmite por sinais químicos dizendo ao resto da célula quando está pronto, quando sente que está tudo alinhado e pronto para começar, para a separação dos cromossomas. É capaz de interagir com os microtúbulos que crescem ou diminuem.
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.
Está envolvido no crescimento dos microtúbulos, e é capaz de se ligar a eles transitoriamente. É também um sistema sensorial de atenção capaz de sentir quando a célula está pronta, quando os cromossomas estão corretamente posicionados. Está a ficar verde porque sente que tudo está correto. E vamos ver, há esta pequena coisa que continua vermelha. E que caminha ao longo dos microtúbulos. Isso é a transmissão do sinal de STOP. E vai-se embora. Quero dizer, é assim mecânico. É um relógio molecular.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
É assim que se trabalha à escala molecular. Assim, com um bocadinho de cor,
(Laughter)
temos as cinesinas, que são as cor de laranja.
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.
São pequenas moléculas mensageiras que caminham num sentido. E aqui temos as dineínas. Transportam o sistema de transmissão. Têm pernas longas para poderem ultrapassar obstáculos. Repito, tudo isto deriva da ciência. de forma precisa O problema é que não podemos mostrar isto de outra forma.
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.
Explorar a fronteira da ciência, e a fronteira da compreensão humana, é espetacular. Descobrir estas coisas é certamente um bom incentive para trabalhar em ciência. Mas para a maioria dos investigadores médicos... Descobrir coisas são apenas pequenos passos para o grande objetivo que é erradicar doenças, eliminar o sofrimento e a infelicidade que a doença causa e tirar pessoas da pobreza.
Thank you.
Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)