Animations of unseeable biology

Hal yang akan saya tunjukkan

adalah mesin-mesin molekular yang menakjubkan

yang menyusun struktur tubuh Anda.

Ukuran molekul benar-benar kecil.

Maksud saya,

benar-benar kecil.

Molekul lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya.

sehingga kita tidak dapat mengamatinya secara langsung.

Namun dengan ilmu pengetahuan, kita memiliki ide tentang

apa yang terjadi pada tingkat molekular

Jadi sebenarnya kita dapat memberi tahu tentang molekul

namun tidak memiliki cara untuk menunjukkan molekul itu secara langsung.

Salah satu caranya adalah dengan menggambarkannya.

Gagasan ini sebenarnya bukan gagasan baru.

Ilmuwan selalu membuat gambaran

sebagai bagian dari proses berpikir dan penemuan mereka.

Mereka menggambar apa yang mereka amati dengan mata mereka

melalui teknologi seperti teleskop dan mikroskop,

dan juga apa yang mereka pikirkan.

Saya akan mengambil dua contoh terkenal

karena mengekspresikan ilmu pengetahuan melalui karya seni.

Saya akan mulai dengan Galileo

yang menggunakan teleskop pertama di dunia

untuk melihat Bulan.

Galileo mengubah pemahaman kita akan Bulan.

Pada abad ke-17, Bulan dianggap

sebagai bulatan sempurna di langit.

Namun yang dilihat Galileo adalah dunia berbatu dan tandus

yang digambarkannya melalui lukisan cat airnya.

Ilmuwan lain dengan ide yang besar,

sang superstar dari biologi, Charles Darwin.

Melalui catatan terkenal dalam buku catatannya,

dia memulai dari sudut kiri atas dengan, "Saya pikir,"

dan lalu dia membuat sketsa pohon kehidupan pertama,

yang merupakan pemahamannya

akan bagaimana semua spesies, semua makhluk hidup di Bumi

terhubung melalui sejarah evolusi --

asal usul spesies melalui seleksi alam

dan penyimpangan dari nenek moyang yang sama`.

Bahkan sebagain seorang ilmuwan,

saya pernah mengikuti kuliah dari ahli biologi molekular.

dan merasa hal itu sangat sulit dipahami

dengan segala bahasa teknik dan jargon

yang mereka gunakan untuk menjelaskan karya mereka

sampai saya menemukan karya seni dari David Goodsell,

seorang ahli biologi molekul di Institut Scripps.

Dan lukisannya

yang akurat dengan skala yang benar.

Karyanya mencerahkan saya

tentang bagaimana rupa dunia molekular dalam diri kita.

Jadi inilah penampang lintang dari darah.

Di bagian kiri atas, ada daerah berwarna kuning-hijau.

Daerah ini adalah cairan darah, yang sebagian besar terdiri dari air,

dan juga antibodi, gula,

hormon, dan sejenisnya.

Dan bagian berwarna merah adalah irisan sel darah merah.

Molekul berwarna merah itu adalah hemoglobin.

Mereka berwarna merah, itulah yang memberikan warna pada darah.

Dan hemoglobin beritindak sebagai sepon molekular

untuk menyerap oksigen di paru-paru Anda

lalu membawanya ke bagian tubuh Anda yang lain.

Saya sangat terilhami oleh gambar ini beberapa tahun lalu

dan saya ingin tahu apakah kita bisa menggunakan komputer grafik

untuk menggambarkan dunia molekular.

Seperti apa hasilnya?

Dari situlah saya mulai. Jadi mari kita mulai.

Inilah DNA dalam bentuk heliks gandanya yang klasik.

Dan ini berdasarkan kristalografi sinar X,

jadi ini adalah model yang akurat dari DNA.

Jika kita membuka heliks ganda ini dan untaiannya,

Anda akan melihat sesuatu yang bentuknya seperti gigi.

Itulah kode genetik,

25.000 gen yang tertulis dalam DNA Anda.

Itulah yang mereka biasa bicarakan --

kode genetik -- inilah yang mereka bicarakan.

Namun saya ingin berbicara tentang aspek DNA yang berbeda

yaitu sifat fisik alami dari DNA.

Kedua untaian berlawanan arah inilah

yang karena suatu alasan tidak dapat saya jelaskan sekarang.

Namun kedua untaian yang berlawanan arah inilah

yang membuat sejumlah kerumitan bagi sel-sel Anda yang hidup

seperti yang akan Anda lihat,

terutama saat DNA ini disalin.

Jadi yang akan saya tunjukkan

adalah gambaran akurat

dari mesin penyalin DNA sebenarnya yang kini sedang beroperasi di dalam tubuh Anda,

setidaknya 2002 biologi.

DNA memasuki lini produksi dari sisi sebelah kiri

dan mengenai kumpulan mesin biokimia mini ini

yang memisahkan untaian DNA dan membuat salinan yang sama.

Jadi DNA masuk

dan mengenai struktur biru berbentuk donat ini

di mana kedua untaiannya terpisah.

Salah satu untaian itu dapat langsung disalin

Anda bisa melihat untaian itu terlilit ke bawah.

Namun untuk untaian yang lain tidak semudah itu

karena harus disalin mundur.

Sehingga untaian ini terlempar berulang kali

dan tersalin satu per satu

sehingga terbentuk dua molekul DNA baru.

Kini ada miliaran mesin seperti ini

yang bekerja di dalam tubuh Anda sekarang

menyalin DNA Anda dengan ketelitian yang luar biasa.

Inilah gambaran yang akurat

dan pada kecepatan yang kurang lebih sama dengan yang terjadi dalam tubuh Anda.

Ada beberapa kesalahan dan beberapa hal lainnya yang saya biarkan.

Inilah hasil dari beberapa tahun lalu.

Terima kasih.

Inilah hasil dari beberapa tahun lalu,

namun berikutnya saya akan menunjukkan ilmu pengetahun terbaru, dengan teknologi terbaru.

Kembali, kita mulai dengan DNA.

Dan DNA berguncang dan bergoyang karena sup molekular di sekitarnya.

yang telah dibuka sehingga dapat Anda lihat.

Lebar DNA sekitar 2 nanometer,

yang cukup kecil.

Namun pada setiap sel Anda,

setiap untaian DNA panjangnya mencapai 30 hingga 40 juta nanometer.

Untuk menjaga DNA agar tetap teratur dan untuk mengatur akses kode genetik

DNA terbungkus oleh protein ungu ini --

atau yang saya warnai ungu di sini.

DNA terkemas dan terbungkus.

Semua bidang pandang ini adalah seuntai jalinan DNA.

Kelompok besar dari DNA ini disebut kromosom.

Kita akan kembali pada kromosom nanti.

Kini kita keluar dan menjauh

melalui pori-pori nuklear

yang merupakan jalan menuju ruangan yang menampung semua DNA

yang disebut nukleus.

Semua bidang pandang ini

adalah pelajaran biologi satu semester, dan waktu saya hanya 7 menit.

Jadi apa kita tidak dapat membereskannya hari ini?

Tidak. Saya diberi tahu, "Tidak.'

Inilah penampakan sel hidup di bawah mikroskop.

Ini telah difilmkan dalam gerak lambat, sehingga Anda melihatnya bergerak.

Selubung nuklearnya pecah.

Benda berbentuk sosis ini adalah kromosom, yang menjadi fokus kita kini.

Kromosom bergerak dengan intensitas tinggi

dengan pusat pada titik merah kecil ini.

Saat sel-sel itu merasa sudah siap,

sel-sel itu akan memisahkan kromosom.

Satu set DNA masuk ke sel yang satu

dan set yang lain masuk ke sel DNA yang lain --

salinan DNA yang identik.

Lalu sel ini terpisah di tengahnya.

Dan kembali, ada miliaran sel

yang melakukan hal ini di dalam tubuh Anda sekarang.

Kini kita akan mundur dan berfokus pada kromosom,

melihat dan menjelaskan strukturnya.

Jadi, kita kembali pada pertengahan prosesnya.

Kromosom kromosom itu berbaris

dan jika mengambil satu kromosom saja,

kita akan menariknya dan melihat strukturnya.

Inilah salah satu struktur molekul terbesar yang kita miliki,

setidaknya sejauh yang telah kita temukan di dalam tubuh kita.

Jadi inilah kromosom tunggal,

dan ada dua untaian DNA pada setiap kromosom.

Satu untaian terbungkus menjadi satu sosis.

dan untaian lainnya terbungkus menjadi sosis yang lain.

Benda yang terlihat seperti janggut yang menempel dari setiap sisi

adalah kerangka dinamik dari sel

yang disebut mikrotubula. Nama itu tidak penting.

Kita akan berfokus pada daerah berwarna merah -- saya memberi warna merah di sini --

dan inilah antarmuka

antara kerangka dinamik dan kromosom.

Sudah pasti daerah ini penting bagi pergerakan kromosom.

Kita tidak punya ide bagaimana kromosom dapat bergerak seperti itu.

Kita telah mempelajari hal yang disebut kinetokor

selama lebih dari 100 tahun dengan giat.

dan kita baru mulai menemukan apa ini sebenarnya.

Kinetokor ini terdiri dari 200 jenis protein berbeda,

seluruhnya ada ribuan protein.

Inilah sistem pemancar sinyal

yang memancarkan sinyal-sinyal kimia

untuk memberi tahu kapan sel itu siap

kapan semuanya sudah tertata dan siap

untuk pemisahan kromosom.

Kinetokor ini dapat menempel pada mikrotubula yang tumbuh ataupun menyusut

dan berperan dalam pertumbuhan mikrotubula

dan dapat menempel untuk sementara pada mikrotubula itu.

Kinetokor ini juga merupakan sistem perasa perhatian

dapat merasakan kapan sel itu siap,

kapan letak kromosom sudah benar.

Kinetokor ini berubah warna menjadi hijau

karena merasa semuanya sudah benar.

Dan Anda lihat, ada sedikit bagian

yang masih berwarna merah.

Dan ini bergerak menuruni mikrotubula.

Itulah sistem pemancar sinyal yang mengirimkan sinyal untuk berhenti.

Dan ini berjalan, maksud saya, bersifat mekanis.

Ini adalah jam molekular.

Inilah cara Anda bekerja pada tingkatan molekular.

Jadi dengan sedikit penarik perhatian ini,

kita memiliki kinesin, yang merupakan daerah berwarna oranye.

Ini adalah molekul pembawa molekul kecil yang bergerak satu arah.

Dan inilah dynein yang membawa sistem pemancar itu

dengan kaki-kaki panjang sehingga dapat mengatasi rintangan dan sejenisnya.

Kembali, hal ini digambarkan secara akurat

dari ilmu pengetahuan.

Masalahnya adalah kita tidak dapat menunjukkannya dengan cara lain.

Menjelajahi garis depan ilmu pengetahuan,

pada garis depan pemahaman manusia

sungguh luar biasa.

Menemukan hal-hal semacam ini

sudah pasti adalah dorongan menyenangkan untuk bekerja di sini.

Namun kebanyakan peneliti medis --

menemukan hal ini

hanyalah langkah di jalan menuju tujuan besar

yaitu untuk memberantas penyakit,

menghilangkan penderitaan dan kesedihan yang ditimbulkannya,

dan mengangkat orang-orang dari kemiskinan.

Terima kasih.

(Tepuk tangan)