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.
Я хочу показать вам удивительные молекулярные устройства, которые создают живые ткани вашего тела. Молекулы крохотны. И говоря «крохотны», я говорю об очень и очень маленьких величинах. Они меньше, чем длина волны света, поэтому у нас нет возможности напрямую их увидеть. C помощью науки мы хорошо представляем то, что происходит на молекулярном уровне. Но всё, что мы можем сделать, это рассказать о молекулах, потому что у нас нет способа показать их.
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.
Один из способов это сделать — изобразить их на рисунке. И в этой идее, на самом деле, нет ничего нового. Учёные всегда рисовали в процессе обдумывания или открытия. Они рисовали картинки того, что они наблюдают своими глазами, с помощью технологий, будь то телескоп или микроскоп, а также того, о чем они думают. Я выбрал два хорошо известных примера, потому что они широко известны как изображение науки через искусство.
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.
И я начну с Галилео, который использовал первый в мире телескоп, чтобы увидеть Луну. Он изменил наше понимание Луны. В 17 веке полагали, что Луна — идеальное небесное тело. Но Галилео увидел каменистый, бесплодный мир, который он и передал в своём акварельном рисунке.
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.
Другой учёный, основоположник великих идей, звезда биологии — Чарльз Дарвин. Свою знаменитую запись в блокноте он начинает с фразы «Я думаю» в верхнем левом углу, а затем рисует первое древо жизни, которое является его пониманием того, как все виды, всё живущее на земле, связаны историей эволюции — происхождение видов путём естественного отбора и расхождение в развитии со своими предками.
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.
Став учёным, я нередко посещал лекции молекулярных биологов и они казались мне совершенно непонятными, ведь для описания исследований использовался сложный технический язык и жаргон, до тех пор пока я не встретил работы Дэвида Гудсела, молекулярного биолога в институте Скрипс. И его картины, где всё точно и вымерено. Его работы пролили свет на то, как выглядит молекулярный мир внутри нас.
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.
Вот поперечное сечение крови. В верхнем левом углу вы видите жёлто-зелёную зону. Жёлто-зелёная зона — плазма крови, которая состоит в основном из воды, а также антител, сахара, гормонов, и тому подобного. Красная зона — слой красных кровяных клеток. А вот эти красные молекулы — гемоглобин. Они на самом деле красные, именно они придают крови цвет. А гемоглобин играет роль молекулярной губки, он впитывает кислород в лёгких, и переносит его другим частям тела.
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.
Много лет назад я был очень вдохновлён этим рисунком, и спрашивал себя, можно ли использовать компьютерную графику для воспроизведения молекулярного мира. Как он будет выглядеть? И вот с этого всё и началось. Давайте начнём. Это ДНК в своей классической форме из двух спиралей.
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.
Она воспроизведена с помощью рентгеновской кристаллографии и является точной моделью ДНК. Если мы раскрутим двойную спираль и разъединим две цепи, вы увидите, что они похожи на зубы. Это буквы генетического кода, 25 000 генов, входящих в ДНК. Вот о чем обычно говорят — генетический код — именно об этом говорят. Но я хочу поговорить о другом аспекте науки о ДНК и это физическая сущность ДНК. Это две цепи, которые движутся в противоположные стороны, по причинам, в которые я не буду сейчас углубляться. Но они физически движутся в противоположных направлениях, что добавляет много сложностей живым клеткам, в чем вы сейчас убедитесь, а особенно при репликации ДНК.
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.
Я вам сейчас покажу точное воспроизведение настоящего репликационного устройства ДНК, которое сейчас работает внутри вашего тела, по крайней мере, согласно нашему пониманию в 2002-м. ДНК вступает на производственную линию с левой стороны и сталкивается с этой коллекцией маленьких биохимических устройств, которые разрывают цепь ДНК и производят её точную копию. Итак, ДНК входит, сталкивается с голубой частицей в виде бублика и разрывается на две цепи. Одна цепь может быть скопирована напрямую, и вы можете видеть, как эти частицы отсоединяются внизу. Но для другой полосы всё не так просто, потому что её нужно копировать в обратном направлении. Поэтому она несколько раз попадает в эти петли и копируется по одной секции за раз, создавая две новых молекулы ДНК.
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.
Представьте, сейчас внутри вас работают миллиарды таких устройств, копируя вашу ДНК с высокой точностью. Это реалистичное воспроизведение и с практически той же скоростью, как и внутри вас. Я пропущу коррекцию ошибок и некоторые другие вещи.
(Laughter)
Эта работа была сделана несколько лет назад.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Спасибо. Эта работа была сделана несколько лет назад,
(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.
а то, что я покажу вам дальше, это современная наука, современные технологии. Итак, мы снова начинаем с ДНК. И она крутится и вертится из-за окружающего её молекулярного супа, который я убрал, чтобы вы смогли что-то увидеть. Ширина ДНК около двух нанометров, то есть на самом деле она очень маленькая. Но в каждой из ваших клеток, каждая цепь ДНК составляет от 30 до 40 миллионов нанометров в длину. Поэтому для того, чтобы сохранять организацию ДНК и регулировать доступ к генетическому коду, она обвивает вот эти фиолетовые протеины — я выделил их фиолетовым цветом. Она упакована и связана. Всё, что вы видите — это одна цепь ДНК. Вот эта большая упаковка ДНК называется хромосомой. И мы вернёмся к хромосомам через минуту.
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."
Мы вырываем, увеличиваем, выводим через ядерную пору, которая является выходом в это отделение, где хранятся все ДНК, и которое называется ядро. Всё, что вы здесь видите, это целый курс биологии, а у меня — 7 минут. Значит, у нас не получится заняться этим сегодня? Нет, мне говорят «Нет».
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.
Вот так выглядит живая клетка под микроскопом. Это было снято замедленной съёмкой, поэтому вы можете видеть, как все движется. Ядерная оболочка разрывается. Вот эти частицы в форме сосисок — хромосомы, на них мы и обратим наше внимание. Они совершают поразительные движения, которые сфокусированы на этих маленьких красных точках. Когда клетка чувствует, что она готова отделиться, она разрывает хромосому на две части. Один набор ДНК отходит в одну сторону, другой стороне достаётся другой набор ДНК, идентичные копии ДНК. И затем клетка разрывается в середине. И повторю снова, внутри вас прямо сейчас миллиарды клеток проходят через этот процесс.
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.
Сейчас мы вернёмся назад и обратим внимание на хромосомы, посмотрим на их структуру и опишем её. Мы наблюдаем переломный момент. Хромосомы выстраиваются в линию. Давайте отделим одну хромосому, мы её выделим и посмотрим на её структуру. Итак, вот это одна из самых больших молекулярных структур, которые у нас есть, по крайней мере, на настоящий момент исследований. Вот это одна хромосома. В одной хромосоме у вас есть 2 цепи ДНК. Одна закручена в одну сосиску. Другая цепь закручена в другую сосиску.
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.
Вот эти частицы, которые похожи на усы, торчащие с обеих сторон, это движущаяся подложка клетки. Они называются микротрубочками. Это название не важно. Обратите внимание на эту красную зону — это взаимодействие между динамической подложкой и хромосомами. Это важное место для движения хромосом. На самом деле мы не знаем, каким образом получается это движение.
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.
Мы изучаем это явление, которое называется кинетохор, на протяжении ста лет, с проведением серьёзных исследований и мы только начинаем понимать, как всё происходит. Она состоит из около 200 различных видов протеинов, тысячи протеинов в сумме. Это одна сигнальная широковещательная система. Она вещает с помощью химических сигналов, сообщая остальным элементам клетки, когда она готова, когда она чувствует, что всё согласовано и готово к отделению от хромосомы. Она способна объединиться с растущими и уменьшающимися микротрубочками.
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.
Она связана с увеличением микротрубочек, и может ненадолго с ними объединяться. Это также сенсорная система готовности. Она может чувствовать, когда клетка готова отсоединиться и когда хромосома расположена правильно. Здесь она становится зелёной, потому что она чувствует, что все идёт правильно. Посмотрите, здесь одна частица все ещё красная. Она уходит вдоль по микротрубочке. Это сигнальная широковещательная система посылает сигнал остановки. Вот он ушёл. Смотрите, это сплошная механика. Это молекулярный часовой механизм.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Вот как вы работаете на молекулярном уровне. А вот эти красивые частицы молекулярного мира,
(Laughter)
это кинезины, здесь они оранжевые.
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.
Это маленькие молекулярные курьеры, движущиеся в одном направлении. Вот это динеин. Они поддерживают широковещательную систему. И у них длинные ноги, чтобы преодолевать помехи. Повторю ещё раз, что всё это воспроизведено точно, согласно науке. Проблема в том, что мы не можем это показать никак иначе.
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.
Исследования на острие науки, на границе человеческого понимания — это сногсшибательно. Открытие таких явлений, на самом деле, хорошая причина чтобы работать в науке. Но большинство медицинских исследований… Открытие таких явлений — это просто маленькие шаги по дороге к большим целям: избавится от болезней, устранить страдания и бедствия, которые порождаются заболеваниями и вытащить людей из нищеты.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)