Анимации на невидима биология

Няма начин да наблюдаваме молекулите и това, което правят - Дрю Бери иска да промени това. В TEDхСинди той показва своите точни (и забавни!) анимаци, които помагат на изследователите да видят невидимия процес в клетките ни.

Това, което ще ви покажа

са удивителните молекулярни машини,

които създават живата фабрика на тялото ви.

Молекулите са наистина малки.

Искам да кажа,

че те са наистина малки.

Те са по-малки от дължината на светлинна вълна,

така, че няма начин да ги наблюдаваме.

Но с помощта на науката, получаваме сравнително добра идея

за това, което се случва в молекулярен мащаб.

Това, което можем да направим, е да ви разкажа за молекулите,

но няма начин да ви ги покажа.

Единственият начин е да рисувам картини.

В действителност, тази идея не е нова.

Учените са рисували картини,

като част от процеса им на мислене и откриване.

Те рисуват картини за това, което виждат,

с помощта на технологии, като телескопи и микроскопи,

също и за това, за което мислят.

Избрах два добре известни примера,

защото те са известни като примери за изразяване на науката чрез изкуство.

Започвам с Галилео,

който използва първия телескоп в света,

за да наблюдава Луната.

Той измени разбирането ни за Луната.

През 17. век учените мислеха,

че Луната има идеално чиста форма.

Но това, което Галилилео видя, беше скалист, пуст свят,

който той нарисува с водни бои.

Друг учен с големи идеи,

суперзвездата на биологията, е Чарлз Дарвин.

Той написа в горния ляв ъгъл на тетрадката си

"Аз мисля"

и направи скица на първото дърво на живота,

което е неговата идея,

за това, как всички видове, всички живи същества на Земята

са свързани в еволюционна история -

произхода на видовете чрез естествен подбор

и дивергенция от предишно поколение.

Дори като учен,

присъствах на лекции на молекулярни биолози

и открих, че са напълно неразбираеми,

с целия надут технически език и жаргон,

който те използваха, за да опишат своята работа,

докато не се запознах с трудовете на Дейвид Гудсел,

който е молекулярен биолог в института Скрипс.

В неговите картини

всичко е точно и в правилния мащаб.

Неговия труд ми показа,

какъв е молекулярният свят.

Това е трансекция на кръв.

В горния ляв ъгъл виждате тази жълто - зелена област.

Жълто - зелената област са флуиди на кръв, които са основно вода,

но също и анти - тела, захари,

хормони и други.

А червената област е разрез на червена кръвна клетка.

Тези червени молекули са хемоглобин.

В действителност, те са червени; те придават цвета на кръвта.

Хемоглобинът действа като молекулярна гъба,

за да абсорбира кислород в белите ви дробове

и след това го отнася до други части на тялото.

Преди много години бях много въодушевен от тази картина

и се чудих, дали можем да използваме компютърни графики,

за да представим молекулярния свят.

Как ще изглежда това?

Ето как започнах. Нека да започна.

Това е ДНК в нейната класическа форма на двойна спирала.

Това е от рентгенова кристалография,

така, че е точен модел на ДНК.

Ако развием двойната спирала и разединим двете нишки,

ще видите тези неща, които изглеждат като зъби.

Това са буквите на генетичен код,

25 000 гени, които са записани в ДНК-то ви.

Ето за какво говорят те -

генетичния код - за това говорят те.

Но искам да говоря за различен аспект на науката за ДНК

и това е физическата същност на ДНК.

Тези две нишки отиват в противоположни посоки,

поради причини, за които не мога да разкажа сега.

Но те физически отиват в противоположни посоки,

което създава множество усложнения за клетките ви,

както ще видите,

особено, когато ДНК се копира.

Това, което ще ви покажа,

е точна репрезентация

на репликационната машина на действителна ДНК, която се случва в тялото ви,

което е биология от 2002 г.

ДНК влиза в производствената линия от лявата страна

и удря този сбор, тези миниатюрни биохимични машини,

които разделят нишката на ДНК и правят точно копие.

ДНК влиза

и удря тази синя, с форма на поничка структура

и тя се разделя на две нишки.

Едната нишка може да бъде копирана точно

и можете да видите тезе неща, които се развиват към дъното там.

Но не е толкова просто с другата нишка,

защото тя трябва да бъде копирана отзад - напред.

Тя се изхвърля много пъти в тези кръгове

и копира по един раздел,

като създава две нови ДНК молекули.

Имате милиарди от тази машина,

която работи в тялото ви,

копирайки ДНК - то ви с изключителна точност.

Това е точна репрезентация

и е с точната скорост за това, което се случва в тялото ви.

Оставих корекцията на грешки и други неща.

Това е работа от преди години.

Благодаря ви.

Това е труд от преди години,

но това, което ще ви покажа, е съвременна наука, съвременна технология.

Отново, започваме с ДНК.

Тя се върти, поради обграждащата я група молекули,

които съм изчистил, за да можете да видите нещо.

ДНК има дължина два нанометра,

което е наистина малка дължина.

Но във всяка от клетките ви,

всяка нишка ДНК има дължина около 30 до 40 милиона нанометра.

За да се запази ДНК организирана и за да регулира достъпа до генетичния код,

тя е навита около тези пурпурни протеини -

тук съм ги маркирал в пурпурно.

Тя е опакована.

Цялата тази обаст е една нишка ДНК.

Големият пакет ДНК се нарича хромозом.

Ще се върнем към хромозомите след минута.

Издърпваме, увеличаваме,

през дупката на ядрото,

което е вратата към това отделение, което съдържа всички ДНК,

наречено ядро.

Цялата тази област

се изучава за около един семестър в биологията, а аз имам седем минути.

Няма да можем да направим това днес, нали?

Не, казаха ми "Не".

Това е начинът, по който жива клетка изглежда, гледана през светлинен микроскоп.

Тя е филмирана, поради което можете да видите как се движи.

Опаковката на ядрото се разкъсва.

Нещата, които изглеждат като наденица са хромозомите, ще ги разгледаме.

Те минават през това удивително движение,

което е фокусирано на тези малки червени петна.

Когато клетката е готова,

тя разкъсва хромозома.

Единият комплект ДНК отива на една страна,

другият комплект отива на другата страна -

идентични копия на ДНК.

След това клетката се разделя по средата.

Отново, имате милиарди клетки,

които преминават през този процес.

Ще навием отново и ще разгледаме хромозомите,

ще разгледаме структурата им и ще ги опишем.

Отново, това е централният момент.

Хромозомите се подреждат в редица.

Ако изолираме един хромозом,

ще го извадим и ще разгледаме структурата му.

Това е една от най-големите молекулярни структури,

най-малко, доколкото сме открили в телата ни.

Това е един хромозом.

Имаме две нишки ДНК във всеки хромозом.

Едната нишка е навита в едната наденица.

Другата нишка е навита в другата наденица.

Тези неща, които изглеждат като мустаци, които стърчат от всяка от страните,

са динамичната обвивка на клетката.

Наричат се микротубули. Това наименование не е важно.

Но това, което ще разгледаме е тази червена област - тук съм я маркирал в червено -

и интерфейса й

между динамичната обвивка и хромозомите.

Очевидно, това е важно за движението на хромозомите.

В действителност не знаем как се получава това движение.

Изследвал съм това, което учените наричат кинетохор

за период от сто години, с интезивно изследване,

и все още започваме да откриваме, за какво става дума.

Съставено е от около 200 различни вида протеини,

общо хиляди протеини.

То е сигнално - предавателна система.

То предава чрез химически сигнали,

които казват на останалата част от клетката, кога е готова,

кога всичко е подредено и готово

за разделянето на хромозомите.

То може да се чифтоса с разширяващите се и свиващи се микротубули.

То е свързано с растежа на микротубулите

и може за кратко време да се чифтоса с тях.

То е също система, която е чувствителна на внимание.

Може да почувства, кога клетката е готова,

кога хромозомът е разположен правилно.

Тук то става зелено,

защото чувства, че всичко е правилно.

Ще видите, че това малко последно парче

все още остава червено.

То върви надолу по микротубулите.

Това е системата, изпращаща сигнал, която изпраща сигнал за спиране.

То отминава. Искам да кажа, че това е механично.

То е молекулярен часовник.

Ето как работят телата ви в молекулярен мащаб.

С малко молекулярен сладкиш,

получихме кинезис, което са оранжевите петна.

Те са малък молекулярен куриер, работещ еднопосочно.

Ето динейн. Те пренасят тази система, предаваща сигнал.

Имат дълги крака и затова могат да прескачат препятствия.

Отново, това е получено точно

от учените.

Проблемът е, че не можем да ви го покажем по друг начин.

Изучавайки границата на науката,

границата на човешкото разбиране,

е завладяващо.

Откриването на това,

разбира се, е приятна, стимулираща работа.

Но за повечето медицински изследователи -

откриването на това

са просто стъпки по пътя на големите цели,

които са, да излекуват болестите,

да отстранят страданието и нещастията, които причиняват болестите

и да освободят хората от нещастие.

Благодаря ви.

(Аплодисменти)