Nesaskatāmās bioloģijas animācijas

Mums nav veidu, kā tieši novērot molekulas un to norises, tomēr Drū Berijs vēlas to mainīt. TEDxSydney viņš demonstrē savas zinātniski precīzās (un izklaidējošās!) animācijas, kas palīdz pētniekiem izprast nesaskatāmās, mūsu pašu šūnās notiekošās norises.

Es jums paradīšu

pārsteidzošās molekulārās mašīnas,

kas veido jūsu ķermeņa dzīvo materiālu.

Molekulas ir ļoti, ļoti sīkas.

Ar „sīkas”

es domāju patiešām sīkas.

Tās ir mazākas nekā gaismas vilņa garums,

tādēļ mums nav veidu, kā tās tieši novērot.

Tomēr, izmantojot zinātni, mums ir visai labs priekšstats

par to, kas notiek molekulārā mērogā.

Tādēļ mēs varam pastāstīt par molekulām,

taču mums nav tiešu veidu, kā parādīt molekulas.

Viens veids, kā to risināt, ir zīmēt attēlus.

Šī doma nav nekāds jaunums.

Zinātnieki vienmēr ir radījuši attēlus,

kas ir daļa no domāšanas un atklāšanas procesa.

Viņi attēlo to, ko redz savām acīm,

izmantojot tādu tehnoloģiju kā teleskops vai mikroskops,

kā arī to, ko viņi iztēlojas galvā.

Izvēlējos divus labi pazīstamus piemērus,

jo tie ir ļoti plaši zināmi veidi,
kā zinātne parādīta ar mākslas palīdzību.

Sākšu ar Galileo,

kurš izmantoja pirmo teleskopu pasaulē,

lai skatītos uz Mēnesi.

Viņš mainīja mūsu priekšstatu par Mēnesi.

17. gs. pastāvēja uzskats,

ka Mēness ir ideāla debesu lode.

Tomēr Galileo ieraudzīja
akmeņainu un neauglīgu pasauli,

ko viņš arī attēloja savos akvareļa gleznojumos.

Cits zinātnieks ar ļoti lielām idejām,

bioloģijas superzvaigzne — Čārlzs Darvins.

Slaveno ierakstu piezīmju grāmatiņā

viņš sāka ar „man šķiet” augšējā kreisajā stūrī

un tad ieskicēja pirmo dzīvības koku,

kas ir viņa uzskats

par to, kā visas sugas,
visas dzīvās būtnes uz Zemes

sasaista evolucionārā vēsture —

sugu izcelšanās, pamatojoties uz dabisko izlasi,

un atdalīšanās no priekšteču populācijas.

Pat kā zinātnieks

es mēdzu apmeklēt molekulārbiologu lekcijas,

un man tās šķita pilnīgi nesaprotamas

sarežģītās tehniskās valodas un žargona dēļ,

ko viņi izmantoja, aprakstot savu darbu,

līdz iepazinos ar Deivida Gudsela,

Skripsas institūta molekulārbiologa, mākslas darbiem.

Viņa attēlos

viss ir precīzs un atbilstošs mērogam.

Viņa darbi man parādīja,

kā izskatās molekulārā pasaule mūsos.

Lūk, asins šķērsgriezums.

Augšējā kreisajā stūrī ir dzelteni zaļš laukums.

Šis dzelteni zaļais laukums ir asins šķidrums,
ko lielākoties veido ūdens,

kā arī antivielām, cukuriem,

hormoniem un tamlīdzīgi.

Sarkanais apvidus ir iegriezums sarkanajā asins šūnā.

Tās sarkanās molekulas ir hemoglobīns.

Tās patiešām ir sarkanas;
tās mūsu asinīm dod sarkano krāsu.

Hemoglobīns darbojas kā molekulārs sūklis,

kas uzsūc skābekli no plaušām

un tad to pārnes uz citām ķermeņa daļām.

Pirms daudziem gadiem
mani ārkārtīgi iedvesmoja šis attēls,

un es vēlējos uzzināt,
vai varam izmantot datorgrafiku

molekulārās pasaules attēlošanai.

Kā tā izskatītos?

Tā es arī patiešām visu sāku. Tad nu sāksim.

Lūk, DNS klasiskajā dubulspirāles formā.

Tā iegūta, izmantojot rentgena kristalogrāfiju,

tādēļ ir precīzs DNS modelis.

Ja attinam dubultspirāli un kā ar rāvējslēdzēju atvelkam šos divus pavedienus,

tad varam redzēt šādu attēlu, kas izskatās kā zobi.

Tie ir ģenētiskā koda burti;

25000 gēni, kas ierakstīti jūsu DNS.

Par to parasti runā.

Ģenētiskais kods — tieši par to parasti runā.

Tomēr vēlos runāt par citu DNS zinātnes aspektu,

un tā ir DNS fiziskā daba.

Tās ir šīs divas ķēdes,
kas stiepjas pretējos virzienos viena otrai,

kam par pamatu ir iemesli, kuros neiedziļināšos.

Tomēr tās fiziski stiepjas pretējos virzienos,

kas rada vairākus sarežģījumus dzīvām šūnām,

kā tūlīt redzēsiet,

jo sevišķi tad, kad DNS kopē.

Es jums parādīšu

precīzu attēlojumu

DNS replikācijas mašīnai,
kas pašlaik darbojas jūsu ķermenī;

tā ir vismaz 2002. gada bioloģija.

DNS ieiet ražošanas līnijā no kreisās puses,

tā saskaras ar šiem sakopojumiem,
miniatūrām bioķīmijas mašīnām,

kas atplēš DNS pavedienu un rada precīzu kopiju.

DNS ienāk

un atduras pret šo zilo, virtuļveidīgo struktūru,

un to atplēš divos pavedienos.

Vienu pavedienu iespējams kopēt tieši,

un kā redzat, tos attin tur apakšā.

Tomēr ar otru pavedienu viss nav tik vienkārši,

jo tas ir jākopē atmuguriski.

Tādēļ to atkārtoti izmet šādās cilpās

un kopē pa vienam fragmentam,

radot divas jaunas DNS molekulas.

Jums ir miljardiem šādu mašīnu,

kas pašlaik jūsos strādā, kas

kopē DNS ar ārkārtīgu precizitāti.

Tas ir precīzs atspoguļojums,

un principā notiek atbilstoši tam ātrumam,
kāds notiek jūsos.

Esmu izlaidis kļūdu labošanu un vēl šo to.

Šis darbs tika radīts pirms vairākiem gadiem.

Paldies.

Šis darbs tika radīts pirms vairākiem gadiem,

taču nu es jums parādīšu jaunāko zinātni, jaunāko tehnoloģiju.

Tādēļ atkal sāksim ar DNS.

Tā tur līgojas un grīļojas, jo to ietver molekulu zupa,

ko esmu noņēmis,
lai būtu iespējams kaut ko redzēt.

DNS ir aptuveni divus nanometrus plata,

kas ir ļoti maz.

Tomēr katrā no jūsu šūnām

DNS pavediens ir aptuveni 30 līdz 40 miljonus nanometru garš.

Lai DNS būtu organizēta un tiktu regulēta pieeja ģenētiskajam kodam,

to ietver šīs purpursarkanās olbaltumvielas,

esmu šeit tās iezīmējis purpursarkanas.

Tā ir iesaiņota un satīta.

Viss šajā redzeslaukā ir viens DNS pavediens.

Tas ir milzīgs DNS kopojums, ko sauc par hromosomu.

Pēc mirkļa atgriezīsimies pie hromosomām.

Atvirzām, attālinām

ārpus kodola poras,

kas ir vārti šim nodalījumam, kas ietver visu DNS,

ko sauc par kodolu.

Viss redzamais

ir aptuveni viena semestra bioloģijas materiāls, un man ir septiņas minūtes.

Tātad mēs nevarēsim šodien visu paspēt?

Nē, man saka: „Nē.”

Šādi izskatās dzīva šūna gaismas mikroskopā.

Tā nofilmēta paātrinājumā; tādēļ varat redzēt, kā tā kustas.

Kodola apvalks sadalās.

Šie cīsiņiem līdzīgie veidojumi ir hromosomas; mēs pievērsīsimies tām.

Tās veic šo pārsteidzošo kustību,

kuras centrā ir šie sarkanie punktiņi.

Kad šūna jūtas gatava,

tā atplēš hromosomu.

Viens DNS komplekts pārvietojas uz vienu pusi,

otrā pusē nonāk otrs DNS komplekts —

identiskas DNS kopijas.

Tad šūna sadalās uz pusēm.

Vēlreiz atgādinu, ka jums ir miljardiem šūnu,

ar kurām šis process pašlaik jūsos noris.

Nu dosimies atpakaļ un pievērsīsimies hromosomām,

apskatīsim tās uzbūvi un aprakstīsim to.

Norādīšu, ka pašlaik hromosomas atrodas vidū.

Hromosomas sastājas rindā.

Ja izolējam tikai vienu hromosomu,

izvilksim to un apskatīsim tās uzbūvi.

Šī ir viena no lielākajām jūsos esošajām
molekulārajām struktūrām,

vismaz no līdz šim atklātajām.

Lūk, atsevišķa hromosoma.

Jums ir divi DNS pavedieni katrā hromosomā.

Viens ir satīts vienā cīsiņā.

Otrs pavediens ir satīts otrā cīsiņā.

Šie te, kas izskatās pēc ūsām,
kas atrodas katrā pusē,

ir dinamiskas šūnas sastatnes.

Tās sauc par mikrocaurulītēm.
Nosaukums nav tik svarīgs.

Pievērsīsimies šim sarkanajam apvidum,
esmu to iezīmējis sarkanu —

tā ir saskarne

starp dinamiskajām sastatnēm un hromosomām.

Tai acīmredzami ir liela nozīme hromosomu kustībā.

Mums nav ne jausmas, kā tā panāk šādu kustību.

Pētām šo lietu, ko sauc par kinetohoru,

vairāk nekā simts gadu, veicot intensīvus pētījumus,

un tikai sākam atklāt tā nozīmi.

To veido aptuveni 200 atšķirīgu olbaltumvielu veidi;

kopumā tūkstošiem olbaltumvielu.

Tā ir signālu pārraides sistēma.

Tā pārraida, izmantojot ķīmiskus signālus,

ziņojot atlikušajai šūnas daļai, kad tā ir gatava,

kad jūt, ka viss ir pareizi sastājies un gatavs

hromosomu atdalīšanai.

Tas spēj pieķerties augošajām un sarūkošajām mikrocaurulītēm.

Tas ir iesaistīts mikrocaurulīšu augšanā

un spēj ar tām īslaicīgi savienoties.

Tā ir arī uzmanību sajūtoša sistēma.

Tā spēj sajust, kad šūna ir gatava,

kad hromosoma ir pareizi novietota.

Šeit tā kļūst zaļa,

jo jūt, ka viss ir kārtībā.

Redzēsit, ka ir tikai viena pēdējā daļiņa,

kas joprojām ir sarkana.

Tad to aiznes projām pa mikrocaurulītēm.

Tā ir signālu pārraides sistēma, kas izsūta stopsignālu.

To aiznes projām. Ar to gribu teikt, ka tas ir tik mehāniski.

Kā molekulārs pulksteņa mehānisms.

Tā jūs darbojaties molekulārā mērogā.

Nedaudz molekulāra bauda acīm,

mums ir kinezīni, kas ir tie oranžie.

Tās ir mazas molekulāras kurjera molekulas,
kas dodas vienā virzienā.

Lūk, dineīni. Tie nes šo pārraides sistēmu.

Tiem ir garas kājas,
lai varētu pārkāpt šķēršļiem un tamlīdzīgi.

Atkārtošu vēlreiz, tas viss ir veidots

zinātniski precīzi.

Problēma ir, ka nekā citādāk jums to nevaram parādīt.

Pētot jaunas zinātnes robežas,

veidot jaunu cilvēces priekšstatu

ir prātam neaptverami.

Šādu lietu atklāšana

noteikti ir patīkams mudinājums nodarboties ar zinātni.

Tomēr lielākā daļa medicīnas zinātnieku;

šo lietu atklāšana

ir tikai soļi ceļā uz lielajiem mērķiem,

kas ir: slimību likvidēšana,

slimību radīto ciešanu un posta novēršana

un nabadzības izskaušana.

Paldies.

(Aplausi)