微生物學的動畫 | 朱百力 | TEDxSydney
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0:15 - 0:20我將要展示驚人的分子機器
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0:20 - 0:23能造出人體的生命結構。
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0:23 - 0:27分子真的很小。
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0:27 - 0:31真的非常小。
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0:31 - 0:33它們比光的波長更短,
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0:33 - 0:36因此我們無法直接觀察它們。
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0:36 - 0:38但是通過科學,我們確實
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0:38 - 0:41對分子的世界有相當好的認識。
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0:41 - 0:44雖然能我們真能說明
有關這些分子的種種, -
0:44 - 0:47但無法直接把分子秀給你看。
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0:47 - 0:50繪圖是個解決辦法。
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0:50 - 0:52而這不是什麼新法子。
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0:52 - 0:55科學家一向用圖片來闡釋
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0:55 - 0:57他們思考及發現新知的過程。
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0:57 - 1:00他們繪製自己用眼睛觀察的圖像,
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1:00 - 1:03或通過用望遠鏡、
顯微鏡等技術之所見, -
1:03 - 1:05以及在他們腦裡思索的事物。
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1:06 - 1:08我選了兩個著名的例子,
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1:08 - 1:13因其以藝術表達科學而聞名。
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1:14 - 1:16先從伽利略(Galileo)開始,
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1:16 - 1:19他用世上第一台望遠鏡觀察月球,
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1:19 - 1:22改變了我們對月球的理解。
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1:23 - 1:24人們在 17 世紀時
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1:25 - 1:27認為月亮是個完美的圓球。
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1:27 - 1:30但伽利略卻看到一個
坑坑洞洞的貧瘠世界, -
1:30 - 1:32他用水彩畫出所見。
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1:37 - 1:39另外一位很有想法的科學家
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1:39 - 1:42是生物學的超級巨星
查爾斯.達爾文。 -
1:42 - 1:44在筆記本的這幅著名插圖裡,
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1:44 - 1:47他從左上角以「我認為」開始,
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1:47 - 1:50勾勒出第一棵生命樹,
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1:50 - 1:53這就是他對地球上所有物種、
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1:53 - 1:57所有生物通過進化史
如何聯繫在一起的理解—— -
1:57 - 1:59物種起源如何經過天擇,
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1:59 - 2:01從始祖群體分支出新的物種。
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2:05 - 2:06即使身為科學家,
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2:07 - 2:09我以前聽分子生物學家的演講,
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2:09 - 2:12也發現難以全然理解他們,
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2:12 - 2:16因為他們用技術性語言和行話
描述他們的工作。 -
2:17 - 2:20直至我看到戴維·古德塞爾的作品,
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2:20 - 2:23他是斯克里普斯研究所的生物學家。
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2:23 - 2:27他的圖片樣樣準確,全按比例繪製。
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2:28 - 2:30他的作品向我闡明
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2:30 - 2:33我們體內的分子世界是什麼模樣。
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2:34 - 2:36在左上角的黃綠色區域
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2:36 - 2:38是血液組織的橫切面圖。
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2:38 - 2:41這塊黃綠色的區域是血漿,
絕大部份是水, -
2:42 - 2:44但也有抗體、糖、賀爾蒙等等。
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2:45 - 2:47紅色區域是紅血球的切片。
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2:47 - 2:49這些紅色分子是血紅素。
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2:49 - 2:52它們真是紅色的,血液因此呈紅色。
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2:52 - 2:54血紅素充當分子的海綿,
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2:54 - 2:56吸收肺中的氧氣,
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2:56 - 2:58將其帶到身體的其他部位。
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2:58 - 3:01多年前,我從這張圖得到許多靈感。
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3:01 - 3:03我想知道是否能用計算機繪圖
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3:03 - 3:05來表示分子的世界。
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3:05 - 3:06它會是什麼模樣?
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3:07 - 3:09我就從此開始畫。
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3:10 - 3:13讓我們開始吧。
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3:14 - 3:16這是經典雙螺旋形式的 DNA。
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3:17 - 3:20因為是 X 射線晶體攝影,
所以是 DNA 的精確模型。 -
3:20 - 3:23如果拉直雙螺旋並拆開兩條鏈,
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3:23 - 3:25就會看到這些看起來像牙齒的東西。
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3:25 - 3:27這些是遺傳密碼的字母,
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3:27 - 3:29寫在 DNA 內的 25,000 個基因。
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3:29 - 3:33這就是人們通常所說的遺傳密碼。
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3:33 - 3:36但我要談談 DNA 科學的另一面向,
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3:36 - 3:38那就是 DNA 的物理本質。
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3:38 - 3:41正是這方向相反的兩條鏈,
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3:41 - 3:44目前我暫時無法詳加說明。
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3:44 - 3:46但是它們的物理方向相反,
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3:46 - 3:50會給活細胞帶來許多併發症,
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3:50 - 3:51正如您即將看到的那樣,
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3:51 - 3:53尤其在複製 DNA 時。
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3:53 - 3:55我將播放的影片
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3:55 - 3:57很準確地畫出了
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3:57 - 4:01DNA 在你體內的複製機制,
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4:01 - 4:03那是基於 2002 年的生物學畫的。
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4:03 - 4:07DNA 從左側進入生產線,
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4:07 - 4:10碰上這組合物,
也就是微型生化機器, -
4:10 - 4:13它們將 DNA 鏈分開並精確複製。
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4:13 - 4:18DNA 進入並撞擊
這藍色甜甜圈形的結構, -
4:19 - 4:21DNA 被撕成兩股。
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4:22 - 4:24其中一股可以直接複製,
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4:24 - 4:26看得到它們繞到底部。
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4:26 - 4:28但是另一條股沒那麼簡單,
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4:28 - 4:30因為它必須被反向複製。
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4:30 - 4:32因此它在這些循環中被反覆拋出,
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4:32 - 4:34一次複製了一部分,
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4:34 - 4:37從而創建了兩股新的 DNA 分子。
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4:37 - 4:42人體內有數十億台這樣的機器,
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4:42 - 4:45在人體內部精確複製的 DNA。
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4:45 - 4:47這影片畫得很正確,
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4:47 - 4:51很近似你體內複製的速度。
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4:51 - 4:53我沒畫細胞的校正機制和其他的東西。
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4:54 - 4:55(笑聲)
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4:56 - 4:57這是幾年前的作品,
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4:57 - 4:58謝謝。
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4:58 - 5:00(掌聲)
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5:00 - 5:02這是幾年前的作品,
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5:02 - 5:04接下來我將展示更新的科學,
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5:04 - 5:06是更新的技術。
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5:06 - 5:07我們一樣從 DNA 開始。
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5:07 - 5:10因為它被其他分子包圍,
所以搖搖晃晃。 -
5:10 - 5:12我沒畫其他分子,這樣才看得清楚。
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5:13 - 5:17DNA 大約兩奈米寬,確實很小。
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5:18 - 5:20但在每個細胞中,
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5:20 - 5:24每條 DNA 鍊約三千至四千萬奈米長。
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5:24 - 5:26因此,為了保持 DNA 的順序
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5:26 - 5:30和調控其遺傳密碼的讀取,
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5:30 - 5:32紫色的蛋白質包圍著 DNA——
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5:32 - 5:34這裡塗成紫色——
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5:34 - 5:36它們被打包,捆綁在一起。
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5:36 - 5:39在這裡看到的是單鏈 DNA。
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5:39 - 5:42這整捆的 DNA 叫做染色體。
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5:42 - 5:44我們等一下再回來談染色體。
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5:45 - 5:47我們將鏡頭拉遠,縮小畫面,
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5:47 - 5:49穿過核孔,
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5:49 - 5:51核孔是到細胞核的通道,
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5:51 - 5:54而 DNA 就在細胞核裡。
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5:55 - 5:59這些相當於一學期生物學的課,
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5:59 - 6:00而我只有七分鐘的時間,
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6:00 - 6:03我們今天能不能細說呢?
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6:03 - 6:05不,有人告訴我「不行。」
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6:05 - 6:09這是用光學顯微鏡看到的活細胞,
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6:09 - 6:12是用延時技術拍攝的,
因此看得到它在動。 -
6:12 - 6:13細胞核套膜分裂。
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6:13 - 6:15這些香腸狀的東西就是染色體,
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6:15 - 6:17我們聚焦看它們。
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6:17 - 6:21它們聚焦於紅點的動作
非常引人注目。 -
6:23 - 6:27細胞準備就緒時會撕開染色體。
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6:27 - 6:29一組 DNA 進入一側,
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6:29 - 6:31另一側獲得另一組 DNA——
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6:31 - 6:33DNA 的副本相同,
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6:33 - 6:35然後細胞自中間裂開。
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6:35 - 6:38同樣,你的體內有數十億個細胞
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6:38 - 6:40此刻正在經歷此分裂過程。
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6:40 - 6:43我們倒回去只聚焦於染色體,
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6:43 - 6:45察看和描述它的結構。
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6:46 - 6:49再說一遍,我們在赤道的位置。
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6:50 - 6:51染色體排列好。
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6:51 - 6:53如果只分離一條染色體,
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6:53 - 6:55我們把它拉出來,看它的結構。
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6:55 - 6:59這是人擁有的最大分子結構之一,
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6:59 - 7:02至少是迄今為止體內所發現最大的。
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7:03 - 7:05這是一條染色體。
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7:05 - 7:08每個染色體有兩條 DNA 鏈。
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7:08 - 7:10一條捆紮成一條香腸。
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7:10 - 7:12另一條捆紮成另一條香腸。
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7:12 - 7:15這些看起似觸鬚的東西從兩端穿出,
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7:15 - 7:17是細胞的動態鷹架,
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7:17 - 7:20被稱為微管,名稱並不重要。
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7:20 - 7:23但我們將聚焦關注此處
標記為紅色的區域—— -
7:23 - 7:27動態鷹架和染色體間的界面。
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7:27 - 7:30它顯然是染色體移動的核心。
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7:30 - 7:34我們真的不知道它怎麼辦到的。
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7:34 - 7:38雖然經過一百多年的
深入研究動粒(著絲點)後, -
7:38 - 7:41我們才剛要開始明白它的功用。
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7:41 - 7:44它約由 200 類不同的蛋白質組成,
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7:44 - 7:46總共數千種蛋白質。
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7:47 - 7:50它是一個信號廣播系統,
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7:50 - 7:52通過化學信號進行廣播,
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7:52 - 7:55告訴細胞的其餘部分何時準備就緒,
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7:55 - 7:58何時感覺一切都對齊,
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7:58 - 8:00準備好進行染色體分離。
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8:00 - 8:03它能夠耦合到不斷增長
和萎縮的微管上。 -
8:03 - 8:07它與微管的生長有關,
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8:07 - 8:09還能夠瞬時耦合到微管上。
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8:10 - 8:12這也是一種注意力感應系統,
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8:12 - 8:14能感覺到細胞準備就緒,
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8:14 - 8:16染色體在正確位置的時候。
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8:16 - 8:19這裡變成綠色,
因為感覺到一切就緒了。 -
8:20 - 8:23大家會看到最後一點仍然保持紅色,
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8:23 - 8:26沿著微管離開了。
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8:28 - 8:31那就是信號廣播系統
發出停止的信號。 -
8:31 - 8:34它已經離開了——
如此精準機械的動作, -
8:34 - 8:35像是分子的時鐘。
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8:35 - 8:38這就是在分子層級的運作方式。
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8:38 - 8:41用一點點有色的分子視覺圖像,
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8:41 - 8:42(笑聲)
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8:42 - 8:44我們有驅動蛋白,橙色的。
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8:44 - 8:46它們像是單向行動的分子小信差。
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8:46 - 8:49這是動力蛋白,正攜帶廣播系統。
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8:49 - 8:52腿很長,能繞過障礙物之類的。
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8:52 - 8:57這也是照著科學研究所畫的動畫。
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8:57 - 8:59問題在於我們無法用其他的方式呈現。
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9:02 - 9:07在科學的最前線
極限探索人類知識的極限 -
9:07 - 9:08很震撼頭腦。
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9:10 - 9:11發現這些東西當然是
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9:11 - 9:14從事科學工作的愉快動機。
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9:15 - 9:18但大多數的醫學研究人員——
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9:18 - 9:22這些發現只是朝著
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9:22 - 9:26消滅疾病、消除疾病
所造成的痛苦和苦難、 -
9:26 - 9:30使人們擺脫貧困的
宏偉目標的一小步。 -
9:30 - 9:32因此,在剩下的四分鐘裡,
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9:32 - 9:35我將介紹
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9:35 - 9:39最具破壞性、最重擊經濟的
重要疾病之一, -
9:40 - 9:43每年在全世界造成數億人死亡。
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9:46 - 9:47再說一遍——
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9:47 - 9:48聲音?謝謝。
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9:49 - 9:52這種寄生蟲(瘧原蟲)
是古老的有機體。 -
9:52 - 9:54在我們成為智人之前
就已存在地球上。 -
9:55 - 9:58著名的受害者包括亞歷山大大帝、
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9:58 - 10:00成吉思汗和喬治華盛頓。
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10:02 - 10:06這是太陽剛剛西下後
一個熟睡孩子的脖子。 -
10:07 - 10:10這是蚊子的覓食時間、
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10:10 - 10:11晚餐時間。
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10:11 - 10:14【瘧原蟲人類宿主的生命週期】
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10:15 - 10:17(蚊子嗡嗡聲)
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10:17 - 10:21這蚊子感染了瘧原蟲。
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10:21 - 10:23蚊子通常素食,
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10:23 - 10:26牠們會喝蜜露花蜜、果汁等。
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10:26 - 10:29只有懷孕的雌蚊會咬人,
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10:29 - 10:32從血液中尋找營養,
以滋養發育中的卵。 -
10:38 - 10:41咬人時,牠注射唾液
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10:41 - 10:43以阻止血液凝結,
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10:47 - 10:49並潤滑傷口。
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10:51 - 10:54因為感染了瘧疾,
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10:54 - 10:58所以牠的唾液還含有瘧原蟲,
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10:58 - 11:00跟著叮咬而來。
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11:04 - 11:07然後該瘧原蟲離開傷口,尋找血管,
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11:07 - 11:12把人的循環系統
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11:12 - 11:15當作高速公路,
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11:15 - 11:17朝向第一個目標,
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11:17 - 11:21人體血液過濾系統的核心——肝臟。
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11:22 - 11:24叮咬後兩分鐘內,
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11:24 - 11:26瘧原蟲進入肝臟。
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11:28 - 11:32它感知到達目標了,
便尋找從血管的出口。 -
11:32 - 11:34這就是瘧疾特別容易傳播之處,
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11:34 - 11:38因為它利用駐留血中的免疫細胞。
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11:40 - 11:44免疫細胞本應清除細菌
和瘧原蟲之類的外來入侵者。 -
11:44 - 11:46但我們不確知何以
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11:46 - 11:48瘧原蟲會利用它們
作為進入肝臟組織的後門。 -
11:48 - 11:50這就是免疫細胞。
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11:50 - 11:53瘧原蟲離開血液並感染肝細胞,
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11:53 - 11:56一路上殺死一個或多個肝細胞。
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11:56 - 11:59同樣,這發生在
蚊子叮咬之後的幾分鐘內。 -
12:00 - 12:02一旦感染了肝細胞,
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12:02 - 12:04則需要五到六天的時間。
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12:04 - 12:07它孵化,一次又一次複製 DNA,
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12:07 - 12:10育出數千個新的瘧原蟲。
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12:10 - 12:13因此大約在被蚊子咬了一個星期後,
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12:13 - 12:16才開始出現瘧疾症狀。
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12:20 - 12:23瘧原蟲也改變了它的自然屬性;
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12:23 - 12:25它正朝向新的目標。
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12:30 - 12:33下一個目標是紅血球。
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12:38 - 12:40瘧原蟲的一部分轉化,
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12:40 - 12:46覆蓋一層像魔鬼氈的毛狀分子。
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12:46 - 12:51粘附到紅血球的外表面。
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12:52 - 12:55然後重新定向,滲透到紅血球內部。
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12:55 - 12:57這發生在離開肝臟 30 秒之內。
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13:01 - 13:03這是一個深入研究的領域——
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13:03 - 13:04如果能夠停止這一進程,
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13:04 - 13:07就可以製造用於瘧疾的疫苗。
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13:08 - 13:09一旦進入紅血球,
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13:09 - 13:12它就可以避開人體的免疫系統。
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13:15 - 13:17然後,在接下來的幾天中,
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13:17 - 13:20它將吞噬被感染細胞的內容物,
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13:20 - 13:22產生更多的瘧原蟲。
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13:29 - 13:31它還會改變紅血球的性質,
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13:31 - 13:35使它變黏,粘在血管壁上。
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13:35 - 13:38這為瘧原蟲提供
足夠的時間孵化和生長。 -
13:39 - 13:41一旦準備就緒,
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13:41 - 13:43它就會從紅血球中爆發出來,
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13:43 - 13:46將瘧原蟲傳播到整個血流中。
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13:49 - 13:51瘧疾受害者發燒、
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13:51 - 13:55失血、抽搐、腦損傷和昏迷。
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13:55 - 13:58無數人因此而死。
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13:58 - 14:03今年將有二至三億人因瘧疾而喪命。
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14:04 - 14:06死於這種疾病的大多數人
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14:06 - 14:09是孕婦和五歲以下的孩子。
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14:10 - 14:11謝謝。
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14:11 - 14:15(掌聲)
- Title:
- 微生物學的動畫 | 朱百力 | TEDxSydney
- Description:
-
我們無法直接觀察分子及其作用——朱百力(Drew Berry)想要改變這一點。 他展示在科學上精準有趣的動畫,能幫助研究人員看到體內細胞的運作過程。
此演講是以 TED 會議格式進行的 TEDx 活動,由當地社區獨立組織和舉辦。 請至 https://www.ted.com/tedx 進一步了解詳情。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDxTalks
- Duration:
- 14:27
Helen Chang approved Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Bruce Sung accepted Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Bruce Sung edited Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Helen Chang edited Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Helen Chang edited Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Helen Chang edited Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Helen Chang edited Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines | ||
Helen Chang edited Chinese, Traditional subtitles for TEDxSydney - Drew Berry - Astonishing Molecular Machines |