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.
Те, що збираюсь Вам показати - це вражаючи молекулярні машини, які створюють живі тканини Вашого тіла. Отож, молекули справді крихітні-крихітні. І коли я кажу "крихітні", ну... я серйозно! Вони менші, ніж світлові хвилі, тому ми не можемо напряму за ними спостерігати. Але завдяки науці ми собі цілком непогано уявляємо, що ж відбувається на молекулярному рівні. Отже, що ми можемо, так це розповісти Вам про молекули, але у нас нема можливості показати Вам справжні молекули.
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 з виходів - малювати малюнки. І ця ідея насправді не нова. Науковці завжди створювали малюнки, які були частиною процесу роздумів і відкриттів. Вони малювали те, що спостерігали на власні очі за допомогою пристроїв, наприклад, телескопів чи мікроскопів, і також те, про що вони думали. Я вибрав два відомі приклади, тому що вони відомі як вираження науки через образотворче мистецтво.
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.
Я почну з Галілея, який користувався першим у світі телескопом, щоб розглядати Місяць. І він змінив наше уявлення про Місяць. У XVII столітті вважали, що Місяць - ідеально кулясте небесне тіло. Але Галілей побачив пустинний скелястий світ, що і відобразив у своїх акварельних малюнках.
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.
Ще один вчений з дуже великими ідеями, суперзірка біології, - Чарльз Дарвін. Це славнозвісний вступ до його записника. Він починає у лівому верхньому кутку словами "Я думаю", а тоді креслить перше дерево життя, тобто своє уявлення про те, що всі види, всі живі істоти на Землі, пов'язані еволюційною історією: основа видів у природному відборі і відмінності від передуючих популяцій.
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.
Навіть будучи науковцем, мені доводилось бувати на лекціях молекулярних біологів, і вони здавалися мені абсолютно незрозумілими, з усіма цими вигадливими технічними термінами і жаргоном, які вони використовують для опису своєї праці аж поки я не зустрів образотворчі праці Девіда Гудсела, молекулярного біолога зі Скріппс Інстіт'ют [Scripps Institute], На його малюнках все чітко і з витриманими пропорціями. І його роботи показали мені, як виглядає молекулярний світ всередині 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.
Це зображення крові. У верхньому лівому кутку у нас є жовто-зелена зона. Жовто-зелена зона - це рідини крові, в основному, вода, і антитіла, цукри, гормони і таке інше. А червона зона - це еритроцити, ці червоні молекули - це гемоглобін. Вони насправді червоні, це вони надають крові забарвлення. Гемоглобін діє, як молекулярна губка: вбирає кисень у ваших легенях, і транспортує його до інших частин вашого тіла.
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.
Багато років тому це зображення мене дуже надихнуло, і мені стало цікаво, чи можемо ми використати комп'ютерну графіку, щоб зобразити молекулярний світ. Як би це виглядало? О-так я насправді почав. Почнімо і ми. Це ДНК у своїй класичні формі подвійної спіралі,
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.
це її рентгенограма, тому це точна модель ДНК. Якщо ми розкрутимо подвійну спіраль і розщепимо ланцюжки, ви побачити, що воно схоже на зуби. А це є літери генетичного коду, 25 000 генів, записаних у вашому ДНК. Це те, про що зазвичай говорять, - генетичний код - ось про що говориться. Але я хочу поговорити про інший аспект науки про ДНК, про фізичну природу ДНК. Про ці два ланцюжки, які направлені в різні сторони через причини, які я не можу прямо зараз пояснювати. Але вони фізично спрямовані в протилежних напрямках, що створює певні труднощі для Ваших живих клітин - як ви зараз побачите - особливо коли ДНК копіюється.
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.
Те,що я хочу Вам показати - це точне зображення реального механізму відтворення ДНК, яке зараз відбувається у Вашому тілі, принаймні, так вважають біологи у 2002 році. Отже, ДНК входить на "потокову лінію" зліва і вдаряє в оце скупчення, в цю мініатюрну біохімічну машину, яка розщеплює ланцюжок ДНК і робить його точну копію. Отже, молекула ДНК входить, вдяряється у цю синю, пампухо-видну структуру, і її розривають на два ланцюжки. Один ланцюжок можна скопіювати відразу, і ви можете бачити, як він розмотується внизу. Але з другим ланцюжком все не так просто, тому що його треба копіювати у зворотньому напрямку. Тому він затягується у петлю і копіюється частинами, в результаті чого створюються дві молекули 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.
Зараз всередині Вас є мільярди цих машин, вони працюють безперервно, відтоворюючи Вашу ДНК з вражаючою точністю. Це точне відтвоворення, і швидкість майже така ж, як у Вашому тілі. Я не взяв до уваги похибку і ще деякі речі.
(Laughter)
Ця робота вже має кілька років.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Дякую. Це була робота кількарічної давності,
(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.
але далі я покажу Вам сучасну науку, оновлені технології. Отож, почнемо з ДНК. Вона крутиться і вертиться в оточуючому супі інших молекул, який я забрав, щоб ви могли щось розгледіти. ДНК завширшки приблизно 2 нанометри, тобто, справді крихітна. Але в кожній Вашій клітині довжина кожного ланцюжка ДНК становить від 30 до 40 млн. нанометрів. Тому для в впорядкованості ДНК і регулювання доступу до генетичного коду вона є обмотана навколо цих фіолетових білків, ну, тих, які є зробив фіолетовими тут. Вона упаковані і поскладана. Все, що ми зараз оглядаємо - єдиний ланцюг ДНК. Цей велетенське нагромадження ДНК називається хромосомою. Ми повернемось до хромосом через мить.
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."
Ми віддаляємось, виштовхуємось через нуклеопору, яке є входом у цей відділ, який вміщує всю ДНК і зветься ядро. Оце все, що ми бачимо - це приблизно семестр біології, а у мене - 7 хвилин. То що, ми сьогодні закінчити не зможемо? -Ні, - мені кажуть, - ні...
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.
Так виглядає жива клітина під оптичним мікроскопом. Вона була знята покадрово, тому ви можете бачити, як вона рухається. Ядерна мембрана руйнується. Ці сосиско-подібні штуки - це хромосоми, і ми зосередимося на них. Вони весь час перебувають у цьому дивовижному русі, концентруючись на цих червоних плямках. Коли клітина готова, вона розриває хромосому. Один набір ДНК йде в одну сторону, інша сторона отримує другий набір ДНК - ці набори ДНК ідентичні. А тоді клітина ділиться посередині. І, знову ж таки, усередні Вас є мільярди клітин, які проходять цей процес зараз.
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.
Зараз ми відмотаємо і зосередимося на хромосомах, розглянемо їхню структуру і опишемо її. Отже, знову момент перед поділом. Хромосоми вишиковуються. Зараз ми виберемо одну хромосому, виокремимо її і подивимось на її будову. Отож, це одна з найбільших молекулярних структур, які у Вас є, принаймні, серед тих, які ми виявили всередині нас. Оце - одна хромосома. Хромосома складається з двох частин-ланцюжків ДНК. Один скручений в одну сосиску, другий - в іншу.
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.
Ці "вусики", які стирчать з обох сторін, - це динамічне риштування клітини. Вони називаються мікротрубочками. Але ця назва не має значення. ми зосередимося на цьому червоному регіоні - я його виділив червоним - це поверхня поділу між динамічним риштуванням і хромосомами. Очевидно, що вона є найважливішою для руху молекул. Ми не маємо уявлення, як цей рух досягається.
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.
ми вивчали ці штучки - їх називають кінетохорами - більш ніж сто років в інтенсивному режимі, ми ще тільки починаємо розуміти, про що ж тут йдеться. Він складається з біля 200 різних видів білків, в сумі - тисячі білків. Це система транслювання сигналів, яка передає хімічні сигнали, які повідомляють решті клітини, коли все готове і налашоване до поділу хромосом. Він здатний з'єднуватися з мікротрубочками.
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.
Він бере участь у зростанні мікротрубочок, маючи здатність тимчасово з ними з'єднуватись. Це також система зондування клітини - він здатний відчути, коли клітина готова, коли хромосоми правильно розміщені. Тут він стає зеленим, тому що відчуває, що все готово. і, зверніть увагу,що незначна частина, яка все ще залишається червоною. Вона рухається вздовж мікротрубочок. Так система транслювання передає стопсигнал. Ось вони пішли геть. Я хочу сказати: це механічний процес. Це як молекулярний годинниковий механізм.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Так Ви працюєте на молекулярному рівні. Отже, щоб побалувати наші очі,
(Laughter)
у нас тут є кінезини, ці оранжеві.
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.
Вони є маленькими молекулами-кур'єрами, які йдуть в одну сторону. А ось динеїн. Він виконує функцію транслювання. Вони мають довгі ноги, щоб мати змогу переступати через перешкоди. І, знову ж таки, це все передано з науковою точністю. Справа в тому, що ми не можемо ніяким іншим чином Вам цього показати.
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.
Дослідження на межі науки і на межі людського розуміння є приголомшливими. Відкрити ці речі є, звичайно, приємним стимулом займатись наукою. Але більшість медичних досліджень, відкриттів - це просто кроки на шляху до великих цілей: викоренити хвороби, знищити страждання і нещастя, викликані хворобами, і визволити людей від злиднів.
Thank you.
Дякую
(Applause)
(оплески)