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.
Ce intenționez să vă arăt sunt mașinăriile moleculare extraordinare care creează țesătura de viață a corpului. Moleculele sunt foarte, foarte micuțe. Și prin micuțe, nu exagerez. Mai mici decât lungimea de undă a luminii, deci nu avem modalități de a le observa direct. Dar prin știință, avem o idee destul de bună ce se întâmplă la scară moleculară. Putem să vă descriem moleculele, dar nu există un mod direct de a vă arăta moleculele.
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.
O modalitate ar fi să desenăm imagini. Ideea asta nu e ceva nou. Oamenii de știință au creat întotdeauna imagini ca parte din gândire și procesul de descoperire. Desenează imagini a ceea ce observă cu ochii, prin tehnologie precum telescoape și microscoape, și, de asemenea, despre ce gândesc. Am ales două bine-cunoscute exemple, cunoscute pentru exprimarea științei prin artă.
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.
Încep cu Galileo care a folosit primul telescop al lumii pentru a observa Luna. El a transformat înțelegerea noastră despre Lună. Percepția în secolul 17 era că Luna e o sferă cerească perfectă. Dar Galileo a văzut o lume stâncoasă, aridă, pe care el a redat-o prin pictură în acuarelă.
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.
Un alt om de știință cu idei mărețe, superstarul biologiei, este Charles Darwin. Cu această faimoasă introducere în agenda lui, el începe în colțul din stânga-sus: ''Gândesc,'' și apoi schițează primul copac al vieții, care e percepția lui despre modul în care toate speciile, toate viețuitoarele de pe Pământ, sunt conectate prin istorie evoluționară -- originea speciilor prin selecția naturală și deviere de la populația antecedentă.
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.
Ca om de știință, obișnuiam să particip la cursuri de biologie moleculară și le găseam complet de neînțeles, cu tot limbajul tehnic și jargonul de specialitate pe care-l foloseau în descrierea cercetării lor, până când am dat peste arta lui David Goodsell, un biolog molecular la Institutul Scripps. În imaginile lui, totul e exact și la scară. Lucrările lui mi-au dezvăluit lumea moleculară din interiorul nostru.
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.
Asta e o secționare prin sânge. În colțul stânga-sus aveți această zonă galben-verzuie. Zona galben-verzuie reprezintă fluidele sângelui care în majoritate conțin apă, dar sunt de asemenea anticorpi, zaharuri, hormoni, ș.a.m.d. Regiunea roșie e o secțiune dintr-o globulă roșie. Aceste molecule roșii alcătuiesc hemoglobina. Chiar sunt roșii; astea dau culoare sângelui . Hemoglobina acționează ca un burete molecular care absoarbe oxigenul din plămâni și îl duce către alte părți ale corpului.
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.
Am fost inspirat de această imagine cu mulți ani în urmă, și m-am întrebat dacă am putea folosi grafice computerizate pentru reprezentarea lumii moleculare. Cum ar arăta? Și așa am început. Să-i dăm drumul. Iată ADN-ul în forma clasică de helix dublu.
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.
E obținut prin cristalografie cu raze X, deci e un model corect de ADN. Dacă relaxăm spirala și desfacem cele două lanțuri, apar aceste formațiuni care arată ca dinții. Astea sunt literele codului genetic, cele 25.000 gene ce le aveți scrise în ADN. Despre asta se vorbește în mod tipic -- codul genetic -- despre asta vorbesc. Dar eu vreau să vorbesc despre un aspect diferit al științei ADN-ului, anume, natura fizică a ADN-ului, aceste două lanțuri înșiruite în direcții opuse din motive pe care nu le pot explica acum. Dar ele fizic aleargă în direcții opuse, ceea ce creează unele complicații pentru celulele vii, cum veți vedea, mai ales când ADN-ul e copiat.
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.
Ce vă voi arăta e o reprezentare corectă a aparatului de replicare ADN care lucrează chiar acum în interiorul corpului vostru, conform biologiei 2002. ADN-ul intră în linia de producție din partea stângă, la această colecție de aparate biochimice în miniatură, care desfac lanțurile ADN și fac o copie exactă. Așa că ADN-ul intră în această structură albastră ca o gogoașă și e despărțită în cele două componente. O componentă poate fi copiată direct, vedeți lanțul care se asamblează în partea de jos. Dar lucrurile nu sunt simple pentru celălalt lanț. pentru că trebuie copiat invers. E aruncat repetat în aceste bucle și copiat câte o secțiune odată, creând două molecule noi 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.
Aveți miliarde din această mașină lucrând chiar acum în interiorul vostru, copiind-vă ADN-ul cu extremă fidelitate. E o reprezentare corectă, și apropiată de viteza cu care are loc în interior. Am lăsat deoparte corectarea erorilor și o grămadă de alte lucruri.
(Laughter)
Aceasta e rezultatul muncii de acum câțiva ani.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Mulțumesc. E rezultatul muncii de acum câțiva ani.
(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.
Dar ce urmează să vă arăt e știința actualizată, tehnologia actualizată. Deci, din nou, începem cu ADN-ul. Tremură, se agită din cauza supei de molecule dimprejur, pe care am îndepărtat-o ca să puteți vedea. ADN-ul are cam 2 nm în secțiune, ceea ce e foarte mic. Dar în fiecare celulă, fiecare lanț ADN are o lungime de aprox. 30-40 milioane nm. Pentru a menține ADN-ul organizat și a regla accesul la codul genetic, e înfășurat în jurul acestor proteine mov -- le-am colorat eu mov aici. E pliat și înfășurat. Tot acest câmp de vedere e un singur fir ADN. Această înfășurare uriașă de ADN se numește cromozom. Vom reveni la cromozomi într-un minut.
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."
Ne depărtăm, ieșim din nucleu printr-un por al nucleului, o poartă de ieșire din acest compartiment ce deține tot ADN-ul, numit nucleu. Tot acest câmp vizual reprezintă un curs de un semestru de biologie și eu am 7 minute. Deci nu vom putea intra în detalii azi. Nu, mi s-a spus ''Nu.''
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.
Așa arată o celulă vie printr-un microscop optic. A fost filmat secvențial, de aceea o puteți vedea mișcând. Pachetul nuclear se descompune. Aceste formațiuni în formă de cârnați sunt cromozomii; ne vom concentra asupra lor. Trec prin această mișcare surprinzătoare concentrată pe aceste punctulețe roșii. Când celula simte că e pregătită să continue, desface cromozomul ca pe un fermoar. Un lanț de ADN se duce într-o parte, cealaltă parte primește celălalt lanț de ADN -- două copii ADN identice. Apoi celula se scindează la mijloc. Și din nou, aveți miliarde de celule care trec prin acest proces chiar acum în interiorul vostru.
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.
Acum derulăm și ne concentrăm doar pe cromozomi, le observăm structura și îi descriem. Din nou, suntem aici la momentul ecuatorial. Cromozomii se aliniază. Izolăm un cromozom, îl scoatem afară și îi observăm structura. Asta e una din cele mai mari structuri moleculare existente, cel puțin din ce am descoperit până acum în interiorul nostru. Iată un singur cromozom. Aveți două lanțuri ADN în fiecare cromozom. Unul e împachetat într-un cârnat. Celălalt fir e împachetat în celălalt cârnat.
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.
Mustățile ce ies pe fiecare parte reprezintă schela dinamică a celulei. Se numesc microtubuli. Numele nu e important. Ne vom concenta pe această zonă -- colorată în roșu aici -- care reprezintă interfața dintre schela dinamică și cromozomi. E crucială mișcării cromozomilor. Nu avem idee cum e dobândită acea mișcare.
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.
Studiem această formațiune numită centromer de mai bine de o sută de ani, intens, și abia începem să descoperim despre ce e vorba. E alcătuit din aprox. 200 tipuri diferite de proteine, mii de proteine în total. E un sistem de emisie prin semnalare. Emite prin semnale chimice anunțând restul celulei când e gata, când simte că totul e aliniat și pregătit pentru separarea cromozomilor. E capabil să se cupleze pe creșterea și scurtarea microtubulilor.
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.
E implicat în creșterea microtubulilor, și e capabil să se cupleze temporar pe ele. E de asemenea un sistem de detectare a atenției. E capabil să simtă când celula e gata, când cromozomul e poziționat corect. Se face verde aici pentru că simte că totul e în ordine. Veți vedea această ultimă bucățică care încă rămâne roșie. Coboară de-a lungul microtubulilor. Acesta e sistemul de transmisie care trimite semnalul de oprire. Pleacă de-a lungul microtubulilor. Atât e de mecanic. E un ceasornic molecular.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Așa se lucrează la scară moleculară. Pentru puțină delectare moleculară a ochilor,
(Laughter)
iată kinezinele, cele portocalii.
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.
Sunt molecule curier care merg într-o direcție. Și aici proteinele dynein care susțin sistemul de transmisie cu picioare lungi să poată ocoli obstacolele din jur. Din nou, totul e derivat corect din știință. Problema e că nu vă putem arăta altfel.
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.
Explorând la granița necunoscutului în știință, la granița înțelegerii umane, este uluitor. O astfel de descoperire e cu siguranță o motivație atractivă de-a lucra în știință. Dar pentru majoritatea cercetărilor medicali -- descoperirile sunt simpli pași spre obiectivele mari, de a eradica boala, de a elimina suferința și mizeria cauzată de boală și de a scoate oamenii din sărăcie.
Thank you.
Vă mulțumesc.
(Applause)
(Aplauze)