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.
To, čo vám idem ukázať, sú úžasné molekulárne stroje, ktoré vytvárajú živú stavebnú hmotu vášho tela. Molekuly sú naozaj, naozaj malé. A tým "malé" myslím naozaj malé. Sú menšie ako vlnová dĺžka svetla, takže nemáme žiaden spôsob, ako ich priamo pozorovať. Ale prostredníctvom vedy máme dosť dobrú predstavu o tom, čo sa deje dolu na molekulárnej úrovni. Takže to, čo môžeme, je skutočne vám povedať o týchto molekulách, ale nemáme vlastne priamy spôsob, ako vám ich ukázať.
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.
Jeden možný spôsob je nakresliť obrázky. A táto myšlienka vlastne nie je nová. Vedci vždy vytvárali obrázky ako súčasť ich procesu myslenia a objavovania. Kreslili obrázky toho, čo pozorovali vlastnými očami, technológiami ako sú teleskopy a mikroskopy, a tiež toho, o čom premýšlali. Vybral som dva známe príklady, pretože sú známi tým, že vyjadrili vedu prostredníctvom umenia.
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.
A začnem s Galileom, ktorý použil prvý teleskop na svete aby sa pozrel na Mesiac. A zmenil naše chápanie Mesiaca. Vnímanie v 17-tom storočí bolo, že mesiac je dokonalá nebeská guľa. Ale to, čo videl Galileo, bol kamenný, neúrodný svet, ktorý vyjadril prostredníctvom svojej akvarelovej maľby.
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.
Ďalší vedec s veľmi veľkými myšlienkami, super star biológie, je Charles Darwin. A s jeho známym záznamom v jeho notese, začína v ľavom hornom rohu s "Myslím," a potom načrtne prvý strom života, ktorý predstavuje jeho vnímanie toho, ako sú druhy, všetky živé veci na Zemi, spojené evolučnou históriou -- pôvod druhov cez prirodzený výber a rozrôznenie od pôvodnej populácie.
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.
Dokonca aj ako vedec som zvykol chodiť na prednášky molekulárnych biológov a zdali sa mi úplne nezrozumiteľné, s tým efektným technickým jazykom a žargónom, ktorý používali keď popisovali svoju prácu, až kým som nenarazil na diela Davida Goodsella, ktorý je molekulárnym biológom na Scrippovom Inštitúte. A jeho obrázky, všetko je presné a v správnej mierke. A jeho práca pre mňa objasnila, aký je molekulárny život v našom vnútri.
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.
Takže toto je priečny rez krvou. V hornom ľavom rohu vidíte žltozelenú oblasť. Žltozelená oblasť sú tekutiny krvi, čo je väčšinou voda, ale tiež protilátky, cukry, hormóny, takéto veci. A červená oblasť je rez do červenej krvinky. A tie červené molekuly sú hemoglobín. Sú skutočne červené; to je to, čo dáva krvi jej farbu. A hemoglobín funguje ako molekulárna špongia - nasáva kyslík vo vašich pľúcach, a potom ho prenáša do ostatných častí tela.
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.
Tento obrázok ma veľmi inšpiroval pred mnohými rokmi a uvažoval som, či by som mohol použiť počítačovú grafiku na znázornenie molekulárneho sveta. Ako by to vyzeralo? A takto som vlastne začal. Takže začnime. Toto je DNA vo svojej klasickej forme dvojitej špirály.
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.
A je z röntgenovej kryštalografie, takže je to presný model DNA. Ak rozvinieme dvojitú špirálu a "rozzipsujeme" dve vlákna, vidíte tieto veci, ktoré vyzerajú ako zuby. To sú písmená genetického kódu, 25000 génov, ktoré máte vpísané vo svojej DNA. Toto je to, o čom sa obvykle hovorí -- genetický kód -- toto je to, o čom hovoria. Ale ja chcem hovoriť o inom aspekte vedy o DNA, a to o fyzickej podstate DNA. Sú to tieto dve vlákna, ktoré bežia opačným smerom, z dôvodov, ktoré teraz nemôžem vysvetliť. Ale ony fyzicky bežia opačným smerom, čo vytvára množstvo komplikácií pre vaše živé bunky, ako za chvíľu uvidíte, najmä keď je DNA kopírovaná.
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.
A tak to, čo vám idem ukázať, je presná reprezentácia skutočného mechanizmu replikácie DNA, ktorá sa deje práve teraz vnútri vášho tela, minimálne podľa biológie 2002. Takže DNA vstupuje do produkčnej linky z ľavej strany, a narazí na tento súbor, tieto miniatúrne biochemické prístroje, ktoré trhajú DNA vlákna od seba a robia jeho presnú kópiu. Takže DNA vchádza a narazí na túto modrú venčekovitú štruktúru a je roztrhaná na svoje dve vlákna. Jedno vlákno môže byť kopírované priamo a môžete vidieť tieto veci odvíjajúce sa dospodu. Ale veci nie sú také jednoduché na druhom vlákne pretože musí byť kopírované obrátene. Takže je opakovane vysúvané v takýchto slučkách a kopírované po sekciách, vytvárajúc dve nové DNA molekuly.
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.
Teraz máte bilióny takýchto strojov pracujúcich vo vašom vnútri, práve teraz, kopírujúc vašu DNA s vynikajúcou presnosťou. Je to presná reprezentácia a je to veľmi blízko k správnej rýchlosti, akou sa to deje vo vašom vnútri. Vynechal som korekciu chýb a pár ďalších veci.
(Laughter)
Toto bola práca spred mnohých rokov.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Ďakujem. Toto je práca spred mnohých rokov,
(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.
ale to, čo vám chcem ukázať ďalej, je aktualizovaná veda, aktualizovaná technológia. Takže znovu začneme s DNA. A chveje sa a krúti, pretože ju obklopuje polievka molekúl, ktorú som odstránil, aby ste mohli niečo vidieť. DNA má priemer asi dva nanometre, čo je naozaj maličké. Ale v každej z vašich buniek, každé vlákno DNA je dlhé približne 30 až 40 miliónov nanometrov. Takže, aby bola DNA organizovaná a aby prístup ku genetickému kódu bol regulovaný, je ovinutá okolo týchto fialových proteínov -- alebo, presnejšie, ja som ich tu označil na fialovo. Je zbalená a zvinutá. Celé toto zorné pole je jediné vlákno DNA. Tento veľký balík DNA je zvaný chromozóm. A k chromozómom sa vrátime o chvíľku.
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."
A odtiahneme sa, vzdialime sa von cez nukleárny pór, ktorý je bránou do tohto priestoru, ktorý drží celú DNA, nazvaného nukleus. Celé toto zorné pole predstavuje asi semester biológie a ja mám sedem minút. Takže to nebudeme vedieť spraviť dnes? Nie, hovoria mi, "Nie."
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.
Takto vyzerá živá bunka pod optickým mikroskopom. A je filmovaná časozberne, preto môžete vidieť ako sa hýbe. Nukleárna obálka sa rúca. Tieto párkovité veci sú chromozómy a zameriame sa na ne. Prejdú týmto pozoruhodným pohybom, ktorý sa sústreďuje na tieto malé červené body. Keď bunka cíti, že je pripravená, roztrhne chromozóm. Jeden set DNA ide na jednu stranu, druhá strana dostane druhý set DNA -- identické kópie DNA. A potom sa bunka dolu v strede rozdelí. A znovu, máte miliardy buniek, ktoré tento proces podstupujú práve teraz vo vašom vnútri.
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.
Teraz to pretočíme naspäť a zameriame sa len na chromozómy a pozrieme sa na jeho štruktúru a popíšeme ju. Takže znovu, sme tu v tej prelomovej chvíli. Chromozómy sa zoraďujú. A ak izolujeme iba jeden chromozóm, vytiahneme ho a pozrieme sa na jeho štruktúru. Tak toto je jedna z najväčších molekulárnych štruktúr, aké sú, aspoň čo sme zatiaľ objavili vnútri nás. Takže toto je jednotlivý chromozóm. A máte dve vlákna DNA v každom chromozóme. Jeden je zbalený do jednej klobásky. Druhé vlákno je zbalené do druhej klobásky.
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.
Tieto veci, ktoré vyzerajú ako fúzy, ktoré trčia z každej strany sú dynamické lešenie bunky. Nazývame ich mikrotubuly. To meno nie je dôležité. Ale sústredíme sa na túto červenú oblasť -- označil som ju tu červenou -- a je to rozhranie medzi dynamickým lešením a chromozómami. Je zjavne ústredné pre pohyb chromozómov. Vôbec netušíme, ako dosahuje ten pohyb.
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.
Študujeme túto vec zvanú kinetochór viac ako sto rokov s intenzívnym úsilím, a stále len začíname objavovať, o čom vôbec je. Je tvorená z približne 200 rôznych typov proteínov, tisícov proteínov celkovo. Je to systém vysielajúci signály. Vysiela prostredníctvom chemických signálov hovoriac zvyšku bunky, kedy je pripravený, kedy cíti, že všetko je usporiadané a pripravené na rozdelenie chromozómov. Dokáže sa pripojiť na rastúce a zmenšujúce sa mikrotubuly.
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.
Je prepojený s rastom mikrotubulí, a dokáže sa s nimi dočasne prepojiť. Je to aj systém, ktorý vníma upozornenia. Je schopný cítiť, kedy je bunka pripravená, kedy je chromozóm v správnej polohe. Tu zozelenie, pretože cíti, že všetko je úplne správne. A vidíte, tu je posledný malý kúsok, ktorý zostáva červený. A odišiel dolu po mikrotubuliach. To je signálny vysielací systém posielajúci stop signál. A odkráčal preč. Tým myslím, že je to natoľko mechanické. Je to molekulárny hodinový stroj.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Takto fungujete v molekulárnej mierke. Takže s trochou molekulárneho prikrášlenia
(Laughter)
máme kinesíny, ktoré sú oranžové.
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.
Sú to malé molekulárne kuriérske molekuly kráčajúce jedným smerom. A tu sú dineíny. Nesú ten vysielací systém. A majú svoje dlhé nohy, aby mohli prekračovať prekážky a tak. Takže znova, toto je všetko presne odvodené z vedy. Problém je, že vám to nemôžeme ukázať žiadnym iným spôsobom.
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.
Skúmanie na hraniciach vedy, na hraniciach ľudského porozumenia, je ohromujúce. Objavovanie týchto vecí je určite príjemná motivácia na prácu vo vede. Ale väčšina lekárskych výskumníkov -- väčšina týchto vecí -- sú jednoducho kroky po ceste k väčším cieľom, ktorými sú vyhubenie chorôb, odstránenie utrpenia a nešťastia, ktoré choroby spôsobujú, a pomôcť ľuďom z chudoby.
Thank you.
Ďakujem.
(Applause)
(Potlesk)