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.
Sizlere... vücudunuzun yaşayan kumaşını oluşturan şaşırtıcı moleküler makineler göstereceğim. Moleküller gerçekten ama gerçekten çok küçüktür. Ve küçük derken, çok ciddiyim. Işığın bir dalgaboyundan daha küçükler, bu yüzden onları direkt olarak gözlemleyemiyoruz. Ancak bilim sayesinde, moleküler düzeyde ne olduğu hakkında oldukça iyi bir fikrimiz var. Yani, bizim aslında yapabileceğimiz size molekülleri anlatmak, ama molekülleri gerçekten, doğrudan size gösterebilmemiz mümkün değil.
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.
Bu sorunu aşmanın bir yolu resim çizmek. Ve bu fikir aslında yeni değil. Bilim insanları her zaman düşünme ve keşfetme süreçlerinin bir parçası olarak resimler oluşturdular. Onlar resimlerinde, teleskop ve mikroskop gibi teknolojiler kullanarak gördüklerini ve gördükleri hakkında düşündüklerini çizerler. Sanat yoluyla bilimi ifade etmek için, çok iyi bilinen iki örnek seçtim.
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.
Ay'a bakmak için dünyanın ilk teleskopunu kullanan ve ay hakkında bildiklerimizi değiştiren Galileo ile başlıyorum. 17. yüzyıl anlayışında Ay, kusursuz kutsal bir küre idi. Ama Galileo'nun gördüğü, suluboya resminde de gösterdiği gibi kayalık ve ıssız bir dünya idi.
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.
Büyük fikirlere sahip bir başka bilim-insanı biyolojinin süperstarı, Charles Darwin. Ve not defterindeki bu ünlü kayıt ile, sol üst köşeye "Bence," yazarak başlıyor ve ardından, dünya üzerinde yaşayan herşeyin, bir ata topluluktan farklılaşması ve doğal seçillimi sayesinde türlerin kökeninin evrimsel tarih ile bağlantısı olduğu düşüncesinin nasıl oluştuğunu gösteren ilk yaşam ağacı taslağını çiziyor.
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.
Bir bilim-insanı olmama rağmen, moleküler biologların konferanslarına gittiğimde, çalışmalarını anlatmak için kullandıkları süslü teknik ve mesleki dilleri yüzünden onları tamamen anlaşılmaz bulurdum, ta ki Scripps Enstitüsü'nde bir moleküler biolog olan David Goodsell'in sanat eserleri ile karşılaşana dek. Onun resimlerinde herşey olması gereken boyutta ve tutarlıydı. Benim için, onun çalışmaları içimizdeki moleküler dünyayı ışıklandırdı.
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.
Bu kan yolu ile yapılan bir işlem. Üst sol köşede, sarı-yeşil bir alanımız var. Bu sarı-yeşil alan çoğunlukla sudan oluşan, ama aynı zamanda antikorlar, şekerler hormonlar gibi şeyler içeren, kanın akışkan kısmıdır. Kırmızı bölge ise bir kırmızı kan hücresinden kesit. Ve şu kırmızı moleküller de hemoglobin. Gerçekten de kırmızılar; kana rengini veren de onlar. Hemoglobin akciğerlerinizdeki oksijeni emen ve onu vücudun diğer bölgelerine taşıyan bir moleküler sünger gibi çalışır.
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.
Yıllar önce bu resimden oldukça ilham almıştım, ve acaba bilgisayar grafikleri ile moleküler dünyayı betimleyebilir miyiz diye merak etmiştim. Nasıl görünürdü ki? İşte bu benim nasıl başladığım. Haydi başlayalım. Bu klasik çift sarmal formundaki DNA.
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.
Ve X-ışını kristalografisinden olduğu için DNA'nın gerçek modeli ile tutarlı. Eğer çift sarmalı açar ve iki ipliğe ayırırsak, bu şeylerin dişlere benzediklerini görürsünüz. Bunlar genetik kodunuzun harfleri, DNA'nızda yazılı olan 25,000 gen. Bu onların hakkında konuştukları şey -- genetik kod -- bahsettikleri şey. Ancak ben DNA biliminin farklı bir boyutundan bahsetmek istiyorum, DNA'nın fiziksel doğasından. Yani, şuan sebebini açıklayamayacağım zıt yönde uzanan bu iki iplikten. Bu iplikler fiziksel olarak zıt yönde uzanıyorlar, ve birazdan göreceğiniz gibi bu uzanım yaşayan hücreleriniz için birtakım komplikasyonlar yaratıyor, özellikle de DNA kopyalanırken.
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.
Sonuç olarak size göstermek üzere olduğum şuanda vücudumuzun içinde çalışan DNA kopyalama makinesinin tam bir temsili. en azından 2002 biyoloji. DNA üretim dizisine sol taraftan giriyor ve DNA ipliğini parçalayan ardından bire bir kopyalayan minyatür biyokimyasal makineler ile etkileşime giriyor. Yani, DNA içeri giriyor ve lokma şekilli mavi yapıya ulaşıyor. ve iki ipliğe ayrılıyor. Bir iplik doğrudan kopyalanabilir, ve aşağıda biriken şu şeyleri de görüyorsunuz. Bu şeyler tersten kopyalanması gereken diğer iplik için bu kadar basit değil. Bu yüzden bu döngülere tekrar tekrar atılıyor iki yeni DNA molekülü oluşturmak için parça parça kopyalanıyor.
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.
Şuan bu makinelerden milyarlarcası içinizde bir yerlerde çalışıyor ve DNA'nızı hassas doğrulukta kopyalıyor. Bu doğru bir gösterim, ve içinizde gerçekleşenle nerdeyse aynı hızda. Hata düzeltme ve bazı diğer şeyleri göstermedim.
(Laughter)
Bu birkaç yıl öncesinin çalışmasıydı.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Teşekkürler. Bu çalışma birkaç yıl öncesindendi,
(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.
fakat birazdan size güncel bilimi göstereceğim, bu güncel teknoloji. Yine, DNA ile başlıyoruz. Bir şeyler görebilmeniz için ayırdığım çevredeki molekül köpüğü yüzünden Dna orada kıpır kıpır titreşiyor. DNA yaklaşık iki nanometre uzunluğunda, gerçekten çok küçük. Ama her bir hücrenizdeki, her bir DNA ipliği yaklaşık olarak 30-40 milyon nanometre uzunluğunda. Bu sebeple DNA'yı düzenli tutabilmek ve genetik koda erişimi düzenleyebilmek için şu mor proteinlere sarılmış durumda - ya da burada proteinleri ben mor ile etiketledim. Paketlenmiş ve sarmal oluşturmuş durumda. Tüm bu görüntü tek bir DNA ipliğine ait. Bu devasa DNA paketi kromozom olarak adlandırılıyor. Kromozomlara birazdan geri döneceğiz.
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."
Çekirdek olarak adlandırılan, nüklear bir gözeneğin arasında, tüm DNA'yı barındıran bölümün kapısına doğru uzaklaşıyoruz. Tüm bu görüntü, yaklaşık bir dönemlik biyolojiye eşdeğer, ama benim sadece yedi dakikam var. Yani bunu bugün yapamayacak mıyız? Hayır, bana "Hayır" dendi.
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.
Bu canlı bir hücrenin ışık mikroskobunda nasıl göründüğü. Hızlı çekimde filme alınmış, bu sebeple hareket ettiğini görebiliyorsunuz. Çekirdek zarı parçalanıyor. Şu sosis şekilli şeyler kromozomlar, onlara odaklanacağız. Şu küçük kırmızı noktalarda odaklanan çarpıcı hareketlerden geçiyorlar. Hücre kendini hazır hissettiğinde, kromozomu parçalıyor. Bir DNA seti bir tarafa, diğeri öteki tarafa gidiyor - bire bir DNA kopyaları. Sonra hücre ortadan bölünüyor. Ve yine, içinizde şu anda bu süreçten geçen milyarlarca hücre var.
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.
Şimdi geri dönüp kromozomlara odaklanıp yapılarına bakacağız ve bunları tanımlayacağız. Tekrar ekvatoryal andayız. Kromozomlar sıralanıyor. Yalnızca bir kromozomu izole edip, onu dışarı çıkarıp yapısına bakacağız. Bu en azından şimdilik içinizde tesbit ettiğimiz en büyük moleküler yapı. Tek bir kromozom. Ve her bir kromozomda iki DNA ipliğiniz var. Biri sosis şeklinde sarmal oluşturmuş. Diğer iplik ise bir başka sosis şeklinde sarmal oluşturmuş.
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.
Şu iki taraftan da çıkan bıyık benzeri şeyler hücrenin dinamik iskeleti. Mikrotübülller olarak adlandırılıyorlar. İsimleri önemli değil. Şu kırmızı bölge üzerine odaklanacağız - onu ben kırmızı ile işaretledim - ve dinamik iskelet ile kromozomlar arasındaki bu bölge açıkça kromozomların hareket merkezi burası. Bu harekete nasıl eriştiği konusunda gerçekten hiçbir fikrimiz yok.
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.
Bu kinetokor olarak adlandırılan şey üzerinde yüzyıldan fazla süredir yoğun olarak çalışıyoruz, ama hala daha bunun ne olduğunu yeni yeni keşfediyoruz. Yaklaşık olarak 200 farklı tip proteinden yapılmış, toplamda binlerce proteinden. Bir sinyal yayınlama sistemi. Kimyasal sinyaller yoluyla yayın yaparak herşeyin ayarlandığını hissettiğinde hücrenin geri kalanına kromzomların ayrılması için hazır olduğunu söylüyor. Büyüyen ve küçülen mikrotübüller ile birleşebilir.
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.
Mikrotübüllerin büyümesinde görev alıyor ve geçici olarak onlarla eşleşme yeteneğine sahip. Ayrıca bir algı sistemi. Kromozom doğru yere yerleştiğinde, hücrenin hazır olduğunu hissedebiliyor. Herşeyin yolunda olduğunu hissettiği için burada yeşile dönüyor. Hala kırmızı kalan şu küçük parçayı göreceksiniz. Mikrotübüllerden aşağı doğru taşındı. Bu dur sinyalini gönderen sinyal yayınlama sistemi. Ve taşındı, yani bu derece mekanik. Bu moleküler saat mekanizması.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
İşte bu moleküler düzeyde nasıl çalışıldığı. Birazcık moleküler şeker ile,
(Laughter)
kinesislerimiz var, turuncu olanlar.
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.
Bunlar tek yönlü küçük moleküler taşıyıcılardır. Ve şuradakiler "dinein"ler, yayınlama sistemini taşıyolar. Engelleri ve diğer şeyleri aşabilmeleri için uzun bacaklara sahipler. Ve tüm bunlar kesin olarak bilimden kaynaklanıyor. Tek sorun bunu size başka bir yolla gösteremiyoruz.
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.
Bilimin sınırlarında ve insan anlayışının sınırlarında keşfe çıkmak akıllara durgunluk verici. Bilimde bu konuları keşfetme gerçekten de zevkli ve özendirici bir iş. Ancak çoğu tıp araştırmacısı bir şeyler keşfederken basitçe büyük hedeflere yöneliyorlar; hastalıkların kökünü kurutmak, hastalıkların sebep olduğu acı ve sefaleti ortadan kaldırma, ve insanları yoksulluktan kurtamak gibi.
Thank you.
Teşekkürler.
(Applause)
(Alkış)