Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

Drew Berry: Animationen der unsichtbaren Biologie

Übersetzung: Daniel Utsch Lektorat: Judith Matz

What I'm going to show you are the astonishing molecular machines

Ich möchte Ihnen die erstaunlichen

molekularen Maschinen zeigen,

that create the living fabric of your body.

die jede lebende Faser Ihres Körpers ausmachen.

Now molecules are really, really tiny.

Moleküle sind wirklich sehr, sehr klein.

Und mit klein,

And by tiny, I mean really.

da meine ich,

They're smaller than a wavelength of light,

dass sie kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind,

so we have no way to directly observe them.

so dass wir sie nicht direkt beobachten können.

Die Wissenschaft gibt uns eine ziemlich gute Vorstellung,

But through science, we do have a fairly good idea

was auf molekularer Ebene passiert.

of what's going on down at the molecular scale.

Wir können Ihnen also von den Molekülen erzählen,

So what we can do is actually tell you about the molecules,

but we don't really have a direct way of showing you the molecules.

aber wir haben keine Möglichkeiten, Ihnen diese direkt zu zeigen.

Eine Herangehensweise wäre, ein Bild zu zeichnen.

One way around this is to draw pictures.

And this idea is actually nothing new.

Und diese Idee ist in Wirklichkeit nichts neues.

Scientists have always created pictures

Wissenschaftler haben immer Bilder eingesetzt,

um ihren Denk- und Entdeckungsprozess zu unterstützen.

as part of their thinking and discovery process.

Sie haben Bilder davon gemacht, was sie mit Ihren Augen

They draw pictures of what they're observing with their eyes,

through technology like telescopes and microscopes,

durch Apparate wie Teleskope und Mikroskope beobachteten,

und außerdem über die Dinge, über die sie nachdachten.

and also what they're thinking about in their minds.

I picked two well-known examples,

Ich habe zwei bekannte Beispiele herausgesucht,

because they're very well-known for expressing science through art.

weil diese für den Ausdruck von Wissenschaft mithilfe der Kunst bekannt sind.

Und ich möchte mit Galileo beginnen,

And I start with Galileo, who used the world's first telescope

der das erste Teleskop der Welt benutzte,

um den Mond anzusehen.

to look at the Moon.

And he transformed our understanding of the Moon.

Und er hat unser Verständnis des Mondes verändert.

The perception in the 17th century

Die Wahrnehmung im 17. Jahrhundert

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

war, dass der Mond eine perfekte Himmelssphäre darstellte.

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

Aber Galileo sah eine steinige, kahle Welt,

which he expressed through his watercolor painting.

welche er durch ein Aquarellgemälde abbildete.

Another scientist with very big ideas,

Ein anderer Wissenschaftler mit bahnbrechenden Ideen,

der Superstar der Biologie, war Charles Darwin.

the superstar of biology is Charles Darwin.

Und mit diesem berühmten Eintrag in sein Notizbuch

And with this famous entry in his notebook,

beginnt er in der linken oberen Ecke mit, "Ich denke"

he begins in the top left-hand corner with, "I think,"

und skizziert dann den ersten Lebensbaum,

and then sketches out the first tree of life,

which is his perception of how all the species,

der seine Wahrnehmung ist

wie alle Spezies, alle lebenden Dinge auf der Erde

all living things on Earth are connected through evolutionary history --

durch die Evolution miteinander verbunden –

the origin of species through natural selection

die Entstehung der Spezies durch natürliche Auslese

and divergence from an ancestral population.

und Divergenz zu der Ahnenpopulation.

Even as a scientist,

Selbst als Wissenschaftler

I used to go to lectures by molecular biologists

ging ich zu Vorlesungen von Molekularbiologen

und fand diese absolut unverständlich,

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

mit der ganzen technischen Sprache und dem Jargon,

mit dem sie ihre Arbeit beschreiben,

that they would use in describing their work,

jedenfalls, bis ich die Kunst von David Goodsell entdeckte,

until I encountered the artworks of David Goodsell,

der ein Molekularbiologe am Scripps-Institut ist.

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

In seinen Bildern

And his pictures -- everything's accurate and it's all to scale.

ist alles akkurat und alles maßstabsgerecht

And his work illuminated for me

und seine Arbeit machte mir klar,

what the molecular world inside us is like.

wie die molekulare Welt in uns aussieht.

Dies ist ein Schnitt durch unser Blut.

So this is a transection through blood.

In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area.

In der oberen linken Ecke sehen Sie ein gelb-grünes Areal.

Das sind Flüssigkeiten im Blut, zum Großteil ist das Wasser,

The yellow-green area is the fluid of blood, which is mostly water,

aber da sind auch Antikörper, Zucker,

but it's also antibodies, sugars, hormones, that kind of thing.

Hormone und so weiter.

And the red region is a slice into a red blood cell.

Die rote Region ist ein Schnitt durch eine Blutzelle.

And those red molecules are hemoglobin.

Und diese roten Moleküle sind das Hämoglobin.

They are actually red; that's what gives blood its color.

Sie sind wirklich rot; sie geben dem Blut seine Farbe.

Hämoglobin ist wie ein molekularer Schwamm,

And hemoglobin acts as a molecular sponge

der den Sauerstoff in Ihren Lungen aufsaugt

to soak up the oxygen in your lungs

und dann in die verschiedenen Teile Ihres Körpers trägt.

and then carry it to other parts of the body.

Ich wurde vor einigen Jahren stark durch dieses Bild inspiriert

I was very much inspired by this image many years ago,

and I wondered whether we could use computer graphics

und fragte mich, ob wir Computergrafiken nutzen könnten

um die molekulare Welt abzubilden.

to represent the molecular world.

Wie würde das aussehen?

What would it look like?

And that's how I really began.

Und so fing es an. Also lassen Sie uns beginnen.

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

Dies ist DNA in ihrer klassischen Doppelhelixform.

Das Bild stammt von einer Röntgenkristallographie,

And it's from X-ray crystallography, so it's an accurate model of DNA.

es ist also ein akkurates Modell der DNA.

If we unwind the double helix and unzip the two strands,

Wenn wir die Doppelhelix in ihre zwei Stränge auflösen,

sehen Sie, dass diese Dinge wie Zähne aussehen.

you see these things that look like teeth.

Dies sind die Buchstaben des genetischen Codes,

Those are the letters of genetic code,

der 25.000 Gene, die in Ihre DNA geschrieben sind.

the 25,000 genes you've got written in your DNA.

This is what they typically talk about -- the genetic code --

Das meint man also, wenn man über

den genetischen Code spricht – darüber wird dann gesprochen.

this is what they're talking about.

Aber ich möchte über einen Aspekt der DNA-Forschung sprechen,

But I want to talk about a different aspect of DNA science,

und das ist die physische Erscheinung der DNA.

and that is the physical nature of DNA.

Es sind diese beiden Stränge, die entgegengesetzt verlaufen,

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

aus Gründen, auf die ich jetzt nicht eingehen kann.

But they physically run in opposite directions,

Sie verlaufen physisch in entgegengesetzte Richtungen,

was einiges an Problemen für Ihre Zellen mit sich bringt,

which creates a number of complications for your living cells,

wie Sie gleich sehen werden,

as you're about to see,

vor allem, wenn es um das Kopieren von DNA geht.

most particularly when DNA is being copied.

And so what I'm about to show you

Was ich Ihnen jetzt zeigen werde,

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

ist eine genaue Darstellung

der DNA-Kopiermaschine und davon, was genau jetzt in Ihrem Körper passiert,

that's occurring right now inside your body,

zumindest nach Erkenntnissen der Biologie aus dem Jahr 2002.

at least 2002 biology.

So DNA's entering the production line from the left-hand side,

Die DNA betritt die Produktionsstraße von der linken Seite

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

und trifft auf diese Struktur, biomechanische Mini-Maschinen,

die den DNA-Strang auseinandernehmen und eine exakte Kopie anfertigen.

that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.

Also die DNA kommt hinein

So DNA comes in and hits this blue, doughnut-shaped structure

und trifft auf diese blaue, gekringelte Struktur.

and it's ripped apart into its two strands.

Sie wird dort in zwei Stränge gerissen.

Ein Strang kann direkt kopiert werden

One strand can be copied directly,

und Sie können sehen, dass hier etwas nach unten abgewickelt wird.

and you can see these things spooling off to the bottom there.

Aber für den anderen Strang ist das nicht so einfach,

But things aren't so simple for the other strand

weil er rückwärts kopiert werden muss.

because it must be copied backwards.

Also wird er wiederholt in Schleifen gelegt

So it's thrown out repeatedly in these loops

und ein Abschnitt nach dem anderen wird kopiert,

and copied one section at a time, creating two new DNA molecules.

um so zwei neue DNA-Moleküle zu schaffen.

Now you have billions of this machine right now working away inside you,

Es gibt Milliarden dieser Maschinen,

die gerade in Ihnen arbeiten,

copying your DNA with exquisite fidelity.

die Ihre DNA mit einer unglaublichen Genauigkeit kopieren.

Das ist eine genaue Darstellung

It's an accurate representation,

und hat das ungefähre Tempo des Originalvorgangs in Ihrem Körper.

and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you.

Ich habe die Fehlerkorrektur und einige anderen Dinge ausgelassen.

I've left out error correction and a bunch of other things.

(Laughter)

Dies ist die Arbeit von vor einigen Jahren.

This was work from a number of years ago--

Danke.

Thank you.

Dies ist die Arbeit von vor einigen Jahren,

(Applause)

This is work from a number of years ago,

aber als nächstes zeige ich Ihnen aktuelle Forschung und Technologie.

but what I'll show you next is updated science,

it's updated technology.

Also beginnen wir wieder mit der DNA.

So again, we begin with DNA.

Und es wackelt dort aufgrund der Suppe von Molekülen,

And it's jiggling and wiggling there

because of the surrounding soup of molecules,

die ich weggelassen habe, damit Sie etwas sehen können.

which I've stripped away so you can see something.

DNA ist ungefähr zwei Nanometer breit,

DNA is about two nanometers across, which is really quite tiny.

was ziemlich winzig ist.

Aber in jeder unserer Zellen

But in each one of your cells,

ist jeder DNA-Strang um die 30 bis 40 Millionen Nanometer lang.

each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.

So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,

Um die DNA geordnet und den Zugang zum Gencode reguliert zu halten,

ist es um diese lila Proteine gewickelt –

it's wrapped around these purple proteins --

bzw. ich habe diese lila markiert.

or I've labeled them purple here.

Es ist verpackt und aufgewickelt.

It's packaged up and bundled up.

All this field of view is a single strand of DNA.

Dieser komplette Ausschnitt ist ein einzelner DNA-Strang.

This huge package of DNA is called a chromosome.

Dieses riesige DNA-Paket nennt man ein Chromosom.

And we'll come back to chromosomes in a minute.

Wir kommen gleich auf Chromosome zurück.

We're pulling out, we're zooming out,

Wir vergrößern das Blickfeld, wir zoomen raus,

out through a nuclear pore,

durch eine nukleare Pore,

which is the gateway to this compartment that holds all the DNA,

welche der Zugang zu dem Teil, der die DNA beherbergt, ist

called the nucleus.

und Nukleus genannt wird.

All of this field of view is about a semester's worth of biology,

Dieser gesamte Anblick

ist ungefähr ein Semester Biologiestudium wert, ich habe sieben Minuten.

and I've got seven minutes,

Wir werden dies also nicht alles heute durchnehmen können?

So we're not going to be able to do that today?

Nein, sagt man mir, "Nein".

No, I'm being told, "No."

This is the way a living cell looks down a light microscope.

So sieht eine lebende Zelle durch ein Lichtmikroskop aus.

Und es ist im Zeitraffer gefilmt, daher können wir sehen, wie es sich bewegt.

And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving.

Die nukleare Hülle reißt auf.

The nuclear envelope breaks down.

Wir konzentrieren uns auf diese wurstförmigen Dinger, die Chromosomen.

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

Sie durchlaufen dieses sehr auffällige Bewegungsmuster,

They go through this very striking motion that is focused on these little red spots.

das sich auf die roten Punkte konzentriert.

Wenn die Zelle bereit ist loszulegen,

When the cell feels it's ready to go, it rips apart the chromosome.

reißt es die Chromosome auseinander.

One set of DNA goes to one side,

Ein Teil der DNA geht auf die eine Seite,

the other side gets the other set of DNA --

die andere Seite bekommt das DNA-Gegenstück –

identical copies of DNA.

beides sind identische Kopien.

And then the cell splits down the middle.

Und dann zerteilt die Zelle sich in der Mitte.

And again, you have billions of cells undergoing this process

Und noch einmal, Sie haben Milliarden von Zellen,

die diesen Prozess genau jetzt in Ihnen vollziehen.

right now inside of you.

Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes,

Jetzt spulen wir zurück und konzentrieren uns auf die Chromosomen,

and look at its structure and describe it.

schauen uns ihre Architektur an und beschreiben diese.

Hier ist wieder der Moment der Teilung.

So again, here we are at that equator moment.

Die Chromosomen reihen sich auf.

The chromosomes line up.

And if we isolate just one chromosome,

Und wenn wir nur ein einzelnes Chromosom betrachten,

we're going to pull it out and have a look at its structure.

wir ziehen es heraus und schauen uns seine Struktur an.

Es ist eine der größten molekularen Strukturen, die Sie in sich haben,

So this is one of the biggest molecular structures that you have,

jedenfalls soweit wir das bis jetzt entdeckt haben.

at least as far as we've discovered so far inside of us.

Dies ist ein einzelnes Chromosom.

So this is a single chromosome.

Und Sie haben zwei DNA-Stränge in jedem Chromosom.

And you have two strands of DNA in each chromosome.

One is bundled up into one sausage.

Einer ist zu einem Würstchen verwickelt.

The other strand is bundled up into the other sausage.

Der andere zu dem anderen Würstchen.

Diese Dinger, die so ähnlich wie Schnurrhaare aussehen und aus beiden Seiten ragen,

These things that look like whiskers that are sticking out from either side

sind die dynamischen Baugerüste einer Zelle.

are the dynamic scaffolding of the cell.

They're called microtubules, that name's not important.

Sie heißen Mikrogefäße. Aber das ist unwichtig.

Wir konzentrieren uns auf die rote Region – ich habe sie rot makiert –

But we're going to focus on the region labeled red here --

und es ist die Schnittstelle

and it's the interface between the dynamic scaffolding

zwischen den dynamischen Baugerüsten und den Chromosomen.

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

Es ist offensichtlich von zentraler Bedeutung für die Bewegung des Chromosoms.

We have no idea, really, as to how it's achieving that movement.

Wir haben keinen Schimmer, wie es diese Bewegung bewerkstelligt.

Wir haben dieses Ding studiert, es wird Bewegungskern genannt.

We've been studying this thing they call the kinetochore

Nach einhundert Jahren intensiver Studien

for over a hundred years with intense study,

sind wir immer noch ganz am Anfang zu verstehen, worum es überhaupt geht.

and we're still just beginning to discover what it's about.

Es besteht aus 200 verschiedenen Proteintypen,

It is made up of about 200 different types of proteins,

das macht Tausende von Proteinen ingesamt.

thousands of proteins in total.

It is a signal broadcasting system.

Es ist ein System zur Signalübertragung.

It broadcasts through chemical signals,

Es überträgt durch chemische Signale

und sagt so dem Rest der Zelle, wann es bereit ist,

telling the rest of the cell when it's ready,

when it feels that everything is aligned and ready to go

wann es fühlt, dass alles aufgereiht und bereit zur

for the separation of the chromosomes.

Aufspaltung der Chromosomen ist.

It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.

Es kann sich an wachsende und schrumpfende Mikrogefäße ankoppeln.

Es spielt selbst beim Wachstum von Mikrogefäßen eine Rolle

It's involved with the growing of the microtubules,

und ist fähig, kurzzeitig an diesen anzukoppeln.

and it's able to transiently couple onto them.

Es ist außerdem in der Lage, Aufmerksamkeit zu spüren.

It's also an attention-sensing system.

Es spürt, wenn die Zelle bereit ist,

It's able to feel when the cell is ready,

wenn die Chromosomen ihre Position eingenommen haben.

when the chromosome is correctly positioned.

Hier wird es grün,

It's turning green here because it feels that everything is just right.

weil es merkt, dass alles genau richtig ist.

Und Sie sehen, dort ist das letzte kleine Stück,

And you'll see, there's this one little last bit

das noch rot ist.

that's still remaining red.

Und es wird durch die Mikrogefäße abgeleitet.

And it's walked away down the microtubules.

Das ist das Stopsignal des Signalübertragungssystems.

That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.

Es wird abgeleitet, und das auf mechanische Weise.

And it's walked away -- I mean, it's that mechanical.

Es ist ein molekulares Uhrwerk.

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

So funktionieren Sie auf molekularer Ebene.

So with a little bit of molecular eye candy,

Als molekularen Augenschmaus

(Laughter)

haben wir hier die Kinesine, welche orange sind.

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

Sie sind kleine molekulare Kuriere, die in eine Richtung laufen.

Und dies sind die Dynien. Sie tragen das Übertragungssystem.

And here are the dynein, they're carrying that broadcasting system.

Sie haben lange Beine, um Hindernisse umgehen zu können und so weiter.

And they've got their long legs

so they can step around obstacles and so on.

Noch einmal, dies sind alles akkurate,

So again, this is all derived accurately from the science.

wissenschaftliche Ableitungen.

Das Problem ist, dass es keine andere Möglichkeit gibt, dies darzustellen.

The problem is we can't show it to you any other way.

Exploring at the frontier of science, at the frontier of human understanding,

An neuem wissenschaftlichem Wissen zu arbeiten,

sich an den Grenzen menschlichen Wissens zu bewegen,

es ist überwältigend.

is mind-blowing.

Discovering this stuff

Diese Dinge zu entdecken

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

ist sicherlich ein angenehmer Anreiz des wissenschaftlichen Arbeitens.

Aber die meisten medizinischen Forscher –

But most medical researchers --

discovering the stuff is simply steps along the path to the big goals,

die Entdeckung dieser Dinge

ist einfach ein Schritt auf dem Weg zu großen Zielen,

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

wie Krankheiten auszumerzen,

wie Leiden und Miseren zu beseitigen, die Krankheiten verursachen,

and the misery that disease causes

wie Menschen aus der Armut zu heben.

and to lift people out of poverty.

Vielen Dank.

Thank you.

(Applause)

(Applaus)