朱百力：看不見的生物學的動畫

我們沒有辦法直接觀察分子及其功能，而朱百力想要改變這個窘境。他在TEDxSydney座談會上，播放既符合科學發現又有趣的動畫。這些動畫幫助研究人員看見發生在我們的細胞中，肉眼看不到的反應過程。

我要向各位展示

驚人的分子機器

這些分子在你體內形成活的組織。

分子非常、非常的小

說它小，

我是指真的很小。

他們比光的波長還小，

因此我們無法以肉眼直接觀察它們。

但透過科學，我們的確對身體

在分子層級上正在發生的事，有一定程度的了解。

我們雖能直接告訴你有關這些分子的種種，

但我們真的沒有辦法直接把分子拿給你看。

畫圖是一個解決的方法。

而這也不是什麼新鮮的想法。

科學家一向都以圖片

來闡釋他們的思考及發現新知的過程。

他們以圖畫來呈現他們透過肉眼

或透過望遠鏡及顯微鏡等科技觀察到的東西，

以及他們在腦海裡思索的事物。

我舉兩個很有名的例子，

因為他們在以藝術表達科學這方面很有名。

首先是伽利略

他用世界首座望遠鏡

來觀察月亮，

他改變了我們對月亮的了解。

在十七世紀時的概念裡

月亮是完美無缺的球體。

但伽利略所看到的卻是一個坑坑洞洞的貧瘠世界，

他以水彩畫出他的觀察。

另外一位很有想法的科學家，

就是生物學的超級名星查爾斯．達爾文。

在他的筆記裡，這張有名的插圖

以在左上角寫著「我認為」開始

然後畫出歷史上第一個演化樹。

這是他對世上

所有的物種、所有的生物

如何被演化的歷史串連的觀點，

亦即物種如何經過天擇源起，

並由始祖群體分支出新物種。

即使像我身為科學家

以前聽分子生物學家演講時，

我仍然不能完全了解

那些科學家在描述他們的研究時

所使用的專有名詞及行話。

直到我看到大衛‧顧塞爾的作品，

他是美國斯克利浦斯研究所的分子生物學家。

他所畫的圖

每一樣都畫的很正確且按著比例

他的作品使我了解

我們體內的分子世界是什麼樣子。

這是血液組織橫切面圖。

圖片左上方有一塊黃綠色的地方，

這塊黃綠色的地方是血漿，絕大部份是水，

但也有抗體、糖、

賀爾蒙等這些東西。

而紅色的區域為紅血球切面。

那些紅色的分子昰血紅素。

他們真的是紅色的，血液因此呈現紅色。

血紅素扮演分子海綿的角色，

吸收肺所吸進的氧氣

然後帶到身體其它部位。

許多年前，我從這張圖片得到許多靈感。

我思索著如何以電腦製圖

來呈現分子世界。

它會是什麼樣子呢?

我就是這樣開始畫作的。現在就來看吧。

這是DNA典型的雙股螺旋結構，

因為是從X光晶體結構圖看到的

所以這是正確的DNA模型。

如果我們把雙股螺旋伸展拉直，如拉鍊拉開，

這看起來像牙齒的東西

是遺傳密碼的字母，

構成你的DNA中二萬五千個基因。

這是老生常談了

遺傳密碼，非常普遍的話題。

但是我想從另一方面來談DNA，

就是DNA的物理性質。

這兩鏈互以相反方向排列，

我現在先不解釋為什麼，

但是這兩鏈以相反方向排列

使得你的活細胞變的很複雜

--你馬上會看到--

特別是在DNA複製的時候。

我即將播放的影片

很準確地畫出了

在你體內運行中的DNA複製機制，

這圖是基於2002年生物學所畫的。

所以DNA從左手邊進入生產線

碰到這個組合物，這些小型生化機器

把DNA雙股分開並複製完全相同的副本。

所以DNA進來

碰到這個藍色甜甜圈形狀的結構體，

這個結構體把兩股長鏈分離。

其中一股可以直接複製，

你可以看到複製品從底下合成出來，

但對於另外一鏈事情就沒這麼簡單了，

因為它必須反向複製。

所以這些複製品不斷地從這些圈圈裡丟出來，

一次複製一段，

創造出兩個新的DNA分子。

在你的身體裡有無數個這種機器，

現在就在你體內工作，

以最精緻的保真度複製你的DNA。

這個影片畫的很正確，

並與你體內複製的速度極為相近。

我沒有畫出細胞的校正機制及其他的東西。

這是好多年前的作品。

謝謝。

這是好多年前的作品，

我即將給你看的昰以最新科學及技術所畫的動畫。

所以跟剛剛一樣，我們從DNA開始。

它在這搖來搖去，因為它被其它分子所包圍。

我沒畫出其他分子，這樣才看的清楚。

DNA約二奈米寬，

真的非常非常小，

但是在你的每一個細胞內，

DNA的每一鏈都有三四千萬奈米長。

所以為了組織DNA並調控遺傳密碼讀取，

DNA包圍著這些紫色的蛋白質

--或者是說我把它塗成紫色--

他們捆包起來。

在這裡看到的都是單鏈DNA。

這整捆的DNA叫做染色體。

我們等一下再來談染色體。

我們將鏡頭拉遠、縮小畫面，

穿過核孔，

核孔是到細胞核的通道，

而DNA就在細胞核裡。

你現在所看到的，

要花一整個學期來上課，但我只有七分鐘。

所以我們今天能多談一些嗎?

不行，我得到的答案是不。

這是從光學顯微鏡下看到的活細胞，

以延時技術拍下，所以你可以看到細胞在動。

核膜破裂，

這些像香腸形狀的東西就是染色體，這是我們的主題。

他們進行非常獨特的活動，

被這些紅點拉著走。

當細胞準備好要分裂

就把染色體分開。

一組DNA到這邊，

另一組DNA到另外一邊，

一模一樣的兩組DNA，

然後細胞從中分開。

再說一次，你的體內有無數的細胞

現在正在做這樣的事。

現在我們倒帶，特別只看染色體部分，

來講一下它的結構。

所以再看一次，在細胞分裂，赤道板形成的時候，

染色體排列成一直線。

如果我們拿出其中一條染色體，

我們把它抽出來看看它的結構。

這是你體內最大的分子結構，

至少是目前所發現的分子中最大的。

這是一條染色體，

每條染色體有兩鏈DNA。

這一鏈捆綁成一條香腸，

另一鏈也捆綁成一條香腸。

這些看起來像觸鬚的東西從兩端穿出，

是細胞的動態鷹架。

這些叫微管，名字本身不重要，

重點是這些紅色的部分，是我把它塗成紅的，

這個介面，

介於細胞鷹架及染色體中間。

很明顯是染色體移動的中心。

我們真的不知道它怎麼讓DNA移動。

我們一直在研究這個叫動粒的東西，

一百多年來的緊密研究，

但我們才剛剛開始了解它的功用。

它由200種不同的蛋白質組成，

總共有數萬個蛋白質。

它是信號廣播系統，

透過化學信號來廣播，

告訴其他的細胞組織，

一切都已排列整齊，準備好

可以讓染色體分離了。

它能夠與伸長或縮小的微管結合，

它與微管的生長有關，

並短暫地與微管結合。

它也是一種傳感系統。

它可以感覺到細胞已經準備好了，

就是當染色體排在正確的位置的時候。

在這裡它變成綠色，

因為它覺得所有的事都恰到好處。

然後你看，這裡還有一個小小的點，

還是呈現紅色。

它離開了，順著微管往下走。

這是信號廣播系統告訴大家要停了。

它就走開， 真的，就是這麼機械化。

它就像分子的發條。

你在分子層級上就是這樣就是這樣運作。

所以利用一些賞心悅目的分子解釋，

我們有驅動蛋白，是這些橘色點，

他們像是小小的分子信差，單向滑行。

這些是動力蛋白，運載那個信號廣播系統。

他們腳很長，所以可以避開障礙物旁走。

這些也是照著科學研究，

所畫出的動畫。

問題在於我們沒辦法用其他的方法呈現。

在科學發展的最前線，

及在人類知識的極限探索，

昰對思想的震撼。

發現這些東西，

的確對科學研究帶來愉快的動力。

但是對絕大多數的醫學研究者而言，

發現這些東西

只是向更大目標邁進的一小步，

就是希望能消滅疾病，

減少疾病所帶來的痛苦及不幸，

並且將人們帶離貧窮。

謝謝。

（掌聲）