Animations of unseeable biology

Pokażę wam

zdumiewające maszyny molekularne

budujące żywą tkankę naszych ciał.

Cząsteczki są naprawdę malutkie.

Naprawdę malutkie z naciskiem na naprawdę.

Naprawdę malutkie z naciskiem na naprawdę.

Są mniejsze od fali widzialnego światła,

dlatego nie możemy obserwować ich bezpośrednio.

Dzięki nauce mamy całkiem sporą wiedzę

jakie procesy zachodzą w skali molekularnej.

Można opowiadać o molekułach,

ale nie ma możliwości ich bezpośredniego pokazania.

Wyjściem z tej sytuacji są rysunki.

Nie jest to nowy pomysł.

Naukowcy od zawsze tworzyli rysunki

jako element procesu myślowego i odkrywania.

Rysowali to, co mogli zaobserwować,

dzięki technologiom takim jak teleskopy i mikroskopy.

Za pomocą rysunków przekazywali też swoje myśli.

Wybrałem dwa przykłady,

dobrze znane, bo stanowią ekspresję nauki poprzez sztukę.

Zacznę od Galileusza,

który zastosował pierwszy na świecie teleskop,

aby obserwować Księżyc,

dzięki czemu zmienił nasze wyobrażenie o nim.

W siedemnastym wieku Księżyc

postrzegano jako idealnie gładką sferę.

Galileusz zobaczył jednak kamieniste, jałowe pustkowie,

które namalował za pomocą akwareli.

Innym naukowcem z wielkimi pomysłami

był Karol Darwin, wielka gwiazda biologii.

Słynny wpis w swoim notatniku

rozpoczął w lewym górnym rogu od słowa "myślę",

a następnie naszkicował pierwsze drzewo życia,

czyli to jak postrzegał

w jaki sposób wszystkie żyjące na Ziemi gatunki

są ze sobą powiązane w ewolucyjnej historii.

Pochodzenie gatunków drogą naturalnego doboru

i ich odmienność od populacji przodków.

Nawet jako naukowiec,

chodziłem na wykłady biologów molekularnych,

i zupełnie ich nie rozumiałem,

z całym tym wymyślnym technicznym żargonem,

którego używali do opisywania swojej dziedziny,

aż trafiłem na prace artystyczne Davida Goodsella,

biologa molekularnego w Instytucie Scrippsa.

Jego rysunki

są precyzyjne i w dobrej skali.

Prace te rozjaśniły mi

obraz molekularnego świata wewnątrz nas.

Oto przekrój tkanki krwi.

W lewym górnym rogu widać żółto-zielony obszar.

Są to płynne składniki krwi, głównie woda,

ale także przeciwciała, cukry,

hormony, takie rzeczy.

Czerwony obszar to przekrój czerwonej krwinki,

a widoczne tam cząsteczki to hemoglobina.

Naprawdę też są czerwone, nadają krwi kolor.

Hemoglobina działa jak molekularna gąbka,

wchłaniając tlen w płucach

i przenosząc go do innych części ciała.

Wiele lat temu ten obraz zainspirował mnie

i zastanawiałem się czy za pomocą grafiki komputerowej

można przedstawić molekularny świat.

Jak by wyglądał?

Takie były tego początki. Zacznijmy.

Oto DNA w klasycznej formie podwójnej helisy.

Obraz powstał dzięki krystalografii rentgenowskiej

przedstawia wierny model DNA.

Rozkręcając helisę i rozczepiając dwie nitki,

otrzymalibyśmy coś podobnego do zębów.

Są to litery kodu genetycznego,

25 tysięcy genów wpisanych w ludzkie DNA.

Zazwyczaj nazywa się to kodem genetycznym.

Zazwyczaj nazywa się to kodem genetycznym.

Chcę opowiedzieć o innym aspekcie DNA,

którym jest jego fizyczna natura.

Te dwie nitki biegną w przeciwnych kierunkach

z powodów, których teraz nie poruszę.

Biegną w przeciwnych kierunkach,

stwarzając szereg problemów dla żywych komórek

co zobaczycie.

Szczególnie ma to miejsce podczas kopiowania DNA.

To co wam pokażę

jest wiernym przedstawieniem

mechanizmu replikującego w DNA, który działa w waszych ciałach,

przynajmniej według stanu wiedzy biologii w roku 2002.

DNA wchodzi na linię produkcyjną od lewej strony

i uderza w zgromadzone miniaturowe biochemiczne maszyny,

które rozciągają nić DNA i wykonują jej dokładną kopię.

Wkracza DNA

uderza w tą niebieską, podobną do pączka strukturę,

i jest rozrywane na dwie nici.

Jedna może zostać skopiowana wprost,

tę nić widać na dole.

Nie jest tak prosto w przypadku drugiej nici,

ponieważ musi być skopiowana wspak.

Zostaje wciągnięta w te pętle

i kopiowana część po części,

w wyniku czego powstają dwie nowe cząsteczki DNA.

W naszych ciałach działają w tej chwili

miliardy podobnych maszyn

kopiując nasze DNA z doskonałą wiernością.

Jest to dokładna reprezentacja,

pokazujące z prawidłową prędkością, to co dzieje się wewnątrz nas.

Pominąłem korekcję błędów i kilka innych rzeczy.

Jest to praca sprzed wielu lat.

Dziękuję.

Jest to praca sprzed wielu lat,

ale zaraz pokażę coś zgodnego ze współczesną nauką i technologią.

Zacznijmy znów od DNA.

Podryguje w otaczającej go molekularnej zupie cząsteczek,

którą usunąłem, żeby rysunek był czytelny.

DNA ma szerokość około dwóch nanometrów

jest naprawdę malutkie.

Jednak w każdej z komórek

każda nić DNA ma od 30 do 40 milionów nanometrów długości.

Żeby pozostać uporządkowanym i regulować dostęp do kodu genetycznego,

DNA jest owinięte wokół tych białek,

które na obrazie są fioletowe.

Jest upakowane i zawinięte.

Tu widzimy pojedynczą nić DNA.

Wielki pakiet DNA nazywamy chromosomem.

Wrócimy do niego za chwilę.

Oddalamy widok,

przechodzimy przez por jądrowy,

stanowiący wejście do przedziału, w którym znajduje się DNA,

zwanego jądrem komórkowym.

Na tych obrazach

widzieliśmy semestr biologii, a ja mam siedem minut.

Uda się nam dziś skończyć?

Nie, mówią mi, że nie.

Tak wygląda żywa komórka pod mikroskopem optycznym.

Sfilmowano ją dzięki technice poklatkowej, dlatego widzimy ruch.

Osłonka jądrowa rozpada się.

Przypominające kiełbaski twory to chromosomy i na nich się skupimy.

Poruszają się bardzo efektownie,

skupiając się na tych małych czerwonych plamkach.

Gdy komórka jest gotowa,

rozrywa chromosom.

Część DNA przechodzi na jedną stronę,

z drugiej mamy pozostałą część.

Są to dwie identyczne kopie DNA.

Potem komórka dzieli się na pół.

W miliardach komórek

naszego ciała w tej chwili zachodzi ten proces.

Cofnijmy się i skupmy na chromosomach.

Przyjrzymy się ich budowie i opiszemy je.

Znów widzimy płaszczyznę równikową komórki.

Chromosomy ustawiają się w linii.

Jeśli wyizolujemy tylko jeden chromosom,

wyjmiemy go i wtedy spojrzymy na jego strukturę.

Jest to jedna z największych struktur cząsteczkowych,

jaką do tej pory odkryliśmy w ciele człowieka.

Oto pojedynczy chromosom.

W każdym z nich są dwie nici DNA.

Jedna jest zawinięta niczym kiełbaska.

Druga również przypomina kiełbaskę.

To, co wygląda jak wąsy i wystaje z obu stron,

to dynamiczne rusztowanie komórki.

Nazywamy je mikrotubulami. Ta nazwa nie jest istotna.

Teraz skupimy się na obszarze, który zaznaczyłem na czerwono.

Jest to połączenie

dynamicznego rusztowania i chromosomów.

Jest ono oczywiście kluczowe dla ruchu chromosomów.

Nie mamy pojęcia w jaki sposób odbywa się ten ruch.

Badamy tak zwane kinetochory,

intensywnie, od ponad stu lat

i dopiero zaczynamy odkrywać co to jest.

Składają się z około 200 różnych typów białek,

razem są ich tysiące.

Jest to system transmisji sygnałów.

Nadaje je przez sygnały chemiczne,

dając znać innym komórkom, gdy jest gotowy,

kiedy czuje że wszystko jest ustawione i gotowe

na oddzielenie chromosomów.

Potrafi zespolić się na powierzchni rosnących i kurczących się mikrotubuli,

ma udział w ich powiększaniu się,

może się z nimi tymczasowo połączyć.

Jest to również system wykrywający.

Potrafi wyczuć kiedy komórka jest gotowa,

a chromosom dobrze ustawiony.

Widzimy jak zmienia kolor na zielony,

bo czuje, że wszystko jest w porządku.

Zobaczycie, że ostatnia część

jest nadal czerwona.

Zeszła w dół po mikrotubulach.

System transmisji w ten sposób wysyła sygnał "stop".

I zaprzestaje działania. To tak mechaniczne.

Tak działa ta precyzyjna molekularna maszyneria.

W ten sposób odbywa się nasze działanie w skali cząsteczkowej.

Coś w temacie molekularnej rozkoszy dla oka:

mamy tu kinezyny, w kolorze pomarańczowym.

To mali molekularni kurierzy idący w jedną stronę.

A tu widać dyneiny. Przenoszą wspomniany system transmitujący.

Ich długie nogi pomagają im pokonywać przeszkody.

To, co pokazałem precyzyjnie czerpie

z nauki.

Problem w tym, że nie możemy pokazać tego inaczej.

Badania na pograniczach nauki

i ludzkiego zrozumienia

są niesamowite.

Odkrywanie takich rzeczy

jest przyjemną zachętą do pracy jako naukowiec.

Większość badaczy w obszarze medycyny twierdzi,

że odkrywanie takich rzeczy

że odkrywanie takich rzeczy to droga do osiągnięcia wielkich celów,

które oznaczają kres chorób,

eliminację cierpienia i nieszczęścia, które powodują,

oraz wyciągnięcie ludzi z biedy.

Dziękuję.

(Brawa)