Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

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TED


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Traduttore: Ana María Pérez Revisore: Daniele Buratti
00:15
What I'm going to show you are the astonishing molecular machines
0
15585
5317
Quello che vi mostrerò
sono le incredibili macchine molecolari
00:20
that create the living fabric of your body.
1
20926
3300
che creano il tessuto vivente del vostro corpo.
00:24
Now molecules are really, really tiny.
2
24250
3783
Le molecole sono molto, molto piccole.
E per piccole,
00:28
And by tiny, I mean really.
3
28057
2880
intendo davvero piccole.
00:31
They're smaller than a wavelength of light,
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31905
2002
Sono più piccole della lunghezza d'onda della luce,
00:33
so we have no way to directly observe them.
5
33931
2305
quindi non c'è modo di osservarle direttamente.
Ma attraverso la scienza abbiamo un'idea abbastanza buona
00:37
But through science, we do have a fairly good idea
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37011
2343
di quello che accade su scala molecolare.
00:39
of what's going on down at the molecular scale.
7
39378
2212
Quindi quello che possiamo fare è parlarvi delle molecole,
00:42
So what we can do is actually tell you about the molecules,
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42059
2777
00:44
but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
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44860
3237
ma in realtà non abbiamo un modo diretto di mostrarvele.
Un modo per risolvere il problema è quello di disegnare immagini.
00:48
One way around this is to draw pictures.
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48121
2250
00:50
And this idea is actually nothing new.
11
50395
2540
Questa idea, in effetti, non è nuova.
00:52
Scientists have always created pictures
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52959
2288
Gli scienziati hanno sempre creato immagini
come parte del loro pensiero e processo di scoperta.
00:55
as part of their thinking and discovery process.
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55271
2786
Disegnano ciò che vedono con i propri occhi
00:58
They draw pictures of what they're observing with their eyes,
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58081
2875
01:00
through technology like telescopes and microscopes,
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60980
2392
usando tecnologie come telescopi e microscopi,
e anche quello che passa per le loro menti.
01:03
and also what they're thinking about in their minds.
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63396
2439
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I picked two well-known examples,
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65859
1603
Ho scelto due esempi famosi,
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because they're very well-known for expressing science through art.
18
67486
3605
perché sono noti per esprimere la scienza attraverso l'arte.
E comincio con Galileo
01:11
And I start with Galileo, who used the world's first telescope
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71440
3703
che usò il primo telescopio al mondo
per osservare la Luna.
01:15
to look at the Moon.
20
75167
1186
01:16
And he transformed our understanding of the Moon.
21
76377
2307
Fu lui a trasformare la nostra comprensione della Luna.
01:18
The perception in the 17th century
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78708
1633
La percezione nel 17° secolo
01:20
was the Moon was a perfect heavenly sphere.
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80365
2057
era che si trattava di una sfera celeste perfetta.
01:22
But what Galileo saw was a rocky, barren world,
24
82835
2984
Ma ciò che Galileo vide fu un mondo roccioso e arido
01:25
which he expressed through his watercolor painting.
25
85843
2393
che espresse attraverso la sua pittura ad acquerello.
01:28
Another scientist with very big ideas,
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88671
2798
Un altro scienziato con idee molto grandi,
la superstar della biologia, è Charles Darwin.
01:31
the superstar of biology is Charles Darwin.
27
91594
2524
E con questa voce famosa nel suo taccuino,
01:34
And with this famous entry in his notebook,
28
94142
2044
inizia in alto a sinistra con: "Io penso",
01:36
he begins in the top left-hand corner with, "I think,"
29
96210
2840
e poi traccia il primo albero della vita,
01:39
and then sketches out the first tree of life,
30
99074
2707
01:41
which is his perception of how all the species,
31
101805
2930
che è la sua percezione
di come tutte le specie, tutti gli esseri viventi sulla Terra,
01:44
all living things on Earth are connected through evolutionary history --
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104759
3858
siano collegati attraverso la storia evolutiva -
01:48
the origin of species through natural selection
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108641
2247
l'origine delle specie attraverso la selezione naturale
01:50
and divergence from an ancestral population.
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110912
2324
e le differenze con una popolazione ancestrale.
01:53
Even as a scientist,
35
113775
1461
Pur essendo uno scienziato,
01:55
I used to go to lectures by molecular biologists
36
115648
2513
andavo a conferenze di biologi molecolari
e le trovavo totalmente incomprensibili,
01:58
and find them completely incomprehensible,
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118185
2725
02:00
with all the fancy technical language and jargon
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120934
2268
con tutto il linguaggio tecnico sofisticato e il gergo
che usavano per descrivere il loro lavoro,
02:03
that they would use in describing their work,
39
123226
2124
finché non ho trovato le opere d'arte di David Goodsell,
02:05
until I encountered the artworks of David Goodsell,
40
125374
3051
un biologo molecolare dell'Istituto Scripps.
02:08
who is a molecular biologist at the Scripps Institute.
41
128449
2741
Nei suoi quadri
02:11
And his pictures -- everything's accurate and it's all to scale.
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131214
3569
tutto è esatto e in scala.
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And his work illuminated for me
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134807
2429
La sua opera mi ha chiarito
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what the molecular world inside us is like.
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137260
2315
com'è il mondo molecolare dentro di noi.
Questa è una sezione trasversale del sangue.
02:20
So this is a transection through blood.
45
140075
2025
02:22
In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area.
46
142124
2977
In alto a sinistra avete questa zona giallo-verde.
Sono i fluidi del sangue, che sono prevalentemente acqua,
02:25
The yellow-green area is the fluid of blood, which is mostly water,
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145125
3216
ma anche anticorpi, zuccheri,
02:28
but it's also antibodies, sugars, hormones, that kind of thing.
48
148365
2987
ormoni, questo genere di cose.
02:31
And the red region is a slice into a red blood cell.
49
151376
2488
La regione rossa è una sezione di un globulo rosso.
02:33
And those red molecules are hemoglobin.
50
153888
1866
E quelle molecole rosse sono l'emoglobina.
02:35
They are actually red; that's what gives blood its color.
51
155778
2695
Sono davvero rosse, e danno il colore al sangue.
L'emoglobina agisce come una spugna molecolare
02:38
And hemoglobin acts as a molecular sponge
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158497
1967
per assorbire l'ossigeno nei polmoni
02:40
to soak up the oxygen in your lungs
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160488
1677
e poi portarlo in altre parti del corpo.
02:42
and then carry it to other parts of the body.
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162189
2113
Diversi anni fa questa immagine mi ha ispirato moltissimo,
02:44
I was very much inspired by this image many years ago,
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164326
2532
02:46
and I wondered whether we could use computer graphics
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166882
2551
e mi chiesi se avremmo potuto usare la computer grafica
per rappresentare il mondo molecolare.
02:49
to represent the molecular world.
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169457
1604
Come sarebbe stato?
02:51
What would it look like?
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171085
1151
02:52
And that's how I really began.
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172260
1440
Quello è stato l'inizio. Allora cominciamo.
02:54
So let's begin.
60
174123
1613
02:55
This is DNA in its classic double helix form.
61
175760
2385
Questo è il DNA nella sua forma classica a doppia elica.
Proviene dalla cristallografia a raggi X,
02:58
And it's from X-ray crystallography, so it's an accurate model of DNA.
62
178169
3356
quindi è un modello accurato di DNA.
03:01
If we unwind the double helix and unzip the two strands,
63
181549
2971
Se srotoliamo la doppia elica ed estendiamo i due filamenti
vedrete queste cose che somigliano a denti.
03:04
you see these things that look like teeth.
64
184544
2019
Sono le lettere del codice genetico,
03:06
Those are the letters of genetic code,
65
186587
1817
i 25.000 geni che sono scritti nel vostro DNA.
03:08
the 25,000 genes you've got written in your DNA.
66
188428
2269
03:10
This is what they typically talk about -- the genetic code --
67
190721
2936
È questo che si intende di solito
quando si parla di codice genetico.
03:13
this is what they're talking about.
68
193681
1691
Ma io voglio parlare di un altro aspetto della scienza del DNA,
03:15
But I want to talk about a different aspect of DNA science,
69
195396
2770
cioè della natura fisica del DNA.
03:18
and that is the physical nature of DNA.
70
198190
1889
Questi due filamenti si muovono in direzioni opposte
03:20
It's these two strands that run in opposite directions
71
200103
2585
03:22
for reasons I can't go into right now.
72
202712
2170
per motivi che non spiegherò adesso.
03:24
But they physically run in opposite directions,
73
204906
2208
Ma fisicamente vanno in direzioni opposte,
creando una serie di complicazioni per le vostre cellule viventi,
03:27
which creates a number of complications for your living cells,
74
207138
3631
come vedrete,
03:30
as you're about to see,
75
210793
1229
e in particolare quando il DNA viene copiato.
03:32
most particularly when DNA is being copied.
76
212046
2362
03:34
And so what I'm about to show you
77
214432
1918
Quello che vi mostrerò
03:36
is an accurate representation of the actual DNA replication machine
78
216374
4016
è una rappresentazione accurata
della macchina replicatrice di DNA che è in funzione proprio ora nel vostro corpo,
03:40
that's occurring right now inside your body,
79
220414
2057
almeno per la biologia del 2002.
03:42
at least 2002 biology.
80
222495
1812
03:44
So DNA's entering the production line from the left-hand side,
81
224617
3011
Dunque il DNA entra nella linea di produzione dal lato sinistro,
03:47
and it hits this collection, these miniature biochemical machines,
82
227994
3167
raggiungendo questo gruppo, queste macchine biochimiche in miniatura
che separano il filamento di DNA facendone una copia esatta.
03:51
that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.
83
231185
3144
Quindi il DNA entra
03:54
So DNA comes in and hits this blue, doughnut-shaped structure
84
234353
3509
e colpisce questa struttura blu a forma di ciambella
03:57
and it's ripped apart into its two strands.
85
237886
2307
e i suoi due filamenti si separano.
Un filamento può essere copiato direttamente,
04:00
One strand can be copied directly,
86
240679
1624
e potete vedere queste cose arrotolarsi lì in fondo.
04:02
and you can see these things spooling off to the bottom there.
87
242327
2923
Ma non è altrettanto semplice per l'altro filamento
04:05
But things aren't so simple for the other strand
88
245274
2260
perché deve essere copiato in senso inverso.
04:07
because it must be copied backwards.
89
247558
1765
Quindi viene espulso ripetutamente in queste anse
04:09
So it's thrown out repeatedly in these loops
90
249347
2110
e copiato una sezione alla volta,
04:11
and copied one section at a time, creating two new DNA molecules.
91
251481
4044
creando due nuove molecole di DNA.
04:15
Now you have billions of this machine right now working away inside you,
92
255549
5283
Ora ci sono miliardi di macchine come questa
che stanno lavorando dentro di voi,
04:20
copying your DNA with exquisite fidelity.
93
260856
2217
facendo copie estremamente fedeli di DNA.
È una rappresentazione accurata
04:23
It's an accurate representation,
94
263936
1534
di ciò che sta avvenendo dentro di voi, più o meno a velocità reale.
04:25
and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you.
95
265494
3529
Ho escluso la correzione di errore e altre cosette.
04:29
I've left out error correction and a bunch of other things.
96
269047
2817
04:31
(Laughter)
97
271888
1759
Si tratta di un lavoro di qualche anno fa.
04:33
This was work from a number of years ago--
98
273671
2121
Grazie.
04:35
Thank you.
99
275816
1169
Questo è un lavoro di alcuni anni fa,
04:37
(Applause)
100
277009
1372
04:38
This is work from a number of years ago,
101
278405
1929
ma quello che vi mostrerò ora è scienza moderna, tecnologia d'avanguardia.
04:40
but what I'll show you next is updated science,
102
280358
2267
04:42
it's updated technology.
103
282649
1162
Cominciamo di nuovo con il DNA.
04:43
So again, we begin with DNA.
104
283835
1360
Si agita tutto perché è circondato da una zuppa di molecole
04:45
And it's jiggling and wiggling there
105
285219
1718
04:46
because of the surrounding soup of molecules,
106
286961
2181
che ho rimosso in modo da renderlo più visibile.
04:49
which I've stripped away so you can see something.
107
289166
2383
Il DNA ha una sezione di circa due nanometri,
04:51
DNA is about two nanometers across, which is really quite tiny.
108
291573
2975
che è davvero molto poco.
Ma in ognuna delle vostre cellule,
04:54
But in each one of your cells,
109
294572
1434
ogni filamento di DNA è lungo circa 30-40 milioni di nanometri.
04:56
each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.
110
296030
3177
04:59
So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,
111
299674
3816
Quindi, per mantenere il DNA in ordine e regolare l'accesso al codice genetico,
viene avvolto attorno a queste proteine ​​viola -
05:03
it's wrapped around these purple proteins --
112
303514
2083
come le chiamo io.
05:05
or I've labeled them purple here.
113
305621
1582
È impacchettato e imballato.
05:07
It's packaged up and bundled up.
114
307227
1584
05:08
All this field of view is a single strand of DNA.
115
308835
2401
Tutto quello che vedete è un singolo filamento di DNA.
05:11
This huge package of DNA is called a chromosome.
116
311771
3082
Questo bel pacchetto di DNA si chiama cromosoma.
05:14
And we'll come back to chromosomes in a minute.
117
314877
2359
Torneremo ai cromosomi tra un minuto.
05:17
We're pulling out, we're zooming out,
118
317675
2066
Ci allontaniamo, usciamo di qui
05:19
out through a nuclear pore,
119
319765
1471
attraverso un poro nucleare,
05:21
which is the gateway to this compartment that holds all the DNA,
120
321260
3660
che è l'accesso a questo comparto che contiene tutto il DNA,
05:24
called the nucleus.
121
324944
1419
detto nucleo.
05:26
All of this field of view is about a semester's worth of biology,
122
326917
4231
Tutto quello che vediamo
è l'equivalente di un semestre di biologia, ma io ho a disposizione 7 minuti.
05:31
and I've got seven minutes,
123
331172
1365
E allora non riusciremo ad approfondirlo adesso?
05:32
So we're not going to be able to do that today?
124
332561
2688
No, ho sentito un "No".
05:35
No, I'm being told, "No."
125
335273
1962
05:37
This is the way a living cell looks down a light microscope.
126
337676
3365
Ecco come appare una cellula vivente al microscopio.
È stata filmata in time-lapse, motivo per cui la vedete muoversi.
05:41
And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving.
127
341065
3498
La membrana nucleare si rompe.
05:44
The nuclear envelope breaks down.
128
344587
1581
Queste cose a forma di salsiccia sono i cromosomi, e ci concentreremo su di loro.
05:46
These sausage-shaped things are the chromosomes,
129
346192
2245
05:48
and we'll focus on them.
130
348461
1181
Si muovono in questo modo sorprendente
05:49
They go through this very striking motion that is focused on these little red spots.
131
349666
4038
attorno a quelle macchioline rosse.
Quando la cellula si sente pronta,
05:54
When the cell feels it's ready to go, it rips apart the chromosome.
132
354328
4235
i cromosomi si separano.
05:58
One set of DNA goes to one side,
133
358587
2041
Una parte di DNA va da un lato,
06:00
the other side gets the other set of DNA --
134
360652
2023
l'altra parte di DNA va dall'altro -
06:02
identical copies of DNA.
135
362699
1837
copie identiche di DNA.
06:04
And then the cell splits down the middle.
136
364560
1960
E poi la cellula si divide a metà.
06:06
And again, you have billions of cells undergoing this process
137
366544
2859
Di nuovo, ci sono miliardi di cellule
che stanno facendo la stessa cosa nel vostro corpo.
06:09
right now inside of you.
138
369427
1357
06:11
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes,
139
371602
2856
Ora un passo indietro per parlare dei cromosomi
06:14
and look at its structure and describe it.
140
374482
2242
e vederne e descriverne la struttura.
Eccoci di nuovo al momento della divisione.
06:17
So again, here we are at that equator moment.
141
377248
2425
I cromosomi si allineano.
06:20
The chromosomes line up.
142
380654
1200
06:21
And if we isolate just one chromosome,
143
381878
1827
Ora isoleremo un singolo cromosoma,
06:23
we're going to pull it out and have a look at its structure.
144
383729
2817
in modo da dare un'occhiata alla sua struttura.
È una delle più grandi strutture molecolari del corpo umano,
06:26
So this is one of the biggest molecular structures that you have,
145
386570
3062
almeno per quello che siamo riusciti a scoprire finora.
06:29
at least as far as we've discovered so far inside of us.
146
389656
3055
Dunque questo è un singolo cromosoma.
06:33
So this is a single chromosome.
147
393286
1976
Ci sono due filamenti di DNA in ogni cromosoma.
06:35
And you have two strands of DNA in each chromosome.
148
395286
2601
06:37
One is bundled up into one sausage.
149
397911
1721
Uno è avvolto a forma di salsicciotto.
06:39
The other strand is bundled up into the other sausage.
150
399656
2733
L'altro filamento forma l'altro salsicciotto.
Questa specie di peluria che spunta da entrambi i lati
06:42
These things that look like whiskers that are sticking out from either side
151
402413
3562
è l'impalcatura dinamica della cellula.
06:45
are the dynamic scaffolding of the cell.
152
405999
1906
06:47
They're called microtubules, that name's not important.
153
407929
2911
È fatta di innumerevoli microtubuli. Il nome non è importante.
Ma noi ci concentreremo su questa zona rossa - che ho evidenziato in rosso -
06:50
But we're going to focus on the region labeled red here --
154
410864
2731
che è l'interfaccia
06:53
and it's the interface between the dynamic scaffolding
155
413619
2537
tra l'impalcatura dinamica e i cromosomi.
06:56
and the chromosomes.
156
416180
1167
06:57
It is obviously central to the movement of the chromosomes.
157
417371
3105
Ovviamente è fondamentale per il movimento dei cromosomi.
07:00
We have no idea, really, as to how it's achieving that movement.
158
420500
3572
Non abbiamo proprio idea di come produca questo movimento.
È stata studiata intensamente questa cosa
07:04
We've been studying this thing they call the kinetochore
159
424096
2647
chiamata cinetocore per oltre cent'anni
07:06
for over a hundred years with intense study,
160
426767
2072
e stiamo iniziando solo ora a capire di cosa si tratta.
07:08
and we're still just beginning to discover what it's about.
161
428863
2826
È composta da circa 200 tipi diversi di proteine​​,
07:11
It is made up of about 200 different types of proteins,
162
431713
2754
migliaia di proteine ​​in totale.
07:14
thousands of proteins in total.
163
434491
1711
07:16
It is a signal broadcasting system.
164
436990
2820
È un sistema di trasmissione del segnale.
07:19
It broadcasts through chemical signals,
165
439834
2164
Trasmette mediante segnali chimici
che allertano il resto della cellula quando è pronta,
07:22
telling the rest of the cell when it's ready,
166
442022
2744
07:24
when it feels that everything is aligned and ready to go
167
444790
2831
quando sente che tutto è in ordine e pronto
07:27
for the separation of the chromosomes.
168
447645
1978
per la separazione dei cromosomi.
07:29
It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
169
449647
3332
Può legarsi ai microtubuli che si allargano e si riducono.
È coinvolto nella crescita dei microtubuli,
07:33
It's involved with the growing of the microtubules,
170
453003
3199
ed è capace di unirsi a loro provvisoriamente.
07:36
and it's able to transiently couple onto them.
171
456226
2403
È anche un sistema di rilevamento dell'attenzione
07:39
It's also an attention-sensing system.
172
459359
1820
in grado di percepire quando è pronta la cellula,
07:41
It's able to feel when the cell is ready,
173
461203
1976
quando il cromosoma è posizionato correttamente.
07:43
when the chromosome is correctly positioned.
174
463203
2234
Qui diventa verde
07:45
It's turning green here because it feels that everything is just right.
175
465461
3813
perché percepisce che tutto è a posto.
E vedete che c'è un ultimo pezzettino
07:49
And you'll see, there's this one little last bit
176
469298
2258
che rimane ancora rosso.
07:51
that's still remaining red.
177
471580
1433
E viene inviato lungo i microtubuli.
07:53
And it's walked away down the microtubules.
178
473037
2533
Questo è il sistema di trasmissione del segnale che invia il segnale di stop.
07:57
That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.
179
477149
3179
E viene spedito. Voglio dire, è una trasmissione meccanica.
08:00
And it's walked away -- I mean, it's that mechanical.
180
480352
2696
È un meccanismo molecolare.
08:03
It's molecular clockwork.
181
483072
1568
08:04
This is how you work at the molecular scale.
182
484664
2572
Ecco come funziona su scala molecolare.
08:07
So with a little bit of molecular eye candy,
183
487869
2264
Quindi, usando un po' di abbellimento molecolare,
08:10
(Laughter)
184
490157
1198
ecco le chinesine, quelle arancioni.
08:11
we've got kinesins, the orange ones.
185
491379
1950
08:13
They're little molecular courier molecules walking one way.
186
493353
2773
Sono piccole molecole da trasporto che vanno in una direzione.
Ed ecco le dineine che portano il sistema di trasmissione.
08:16
And here are the dynein, they're carrying that broadcasting system.
187
496150
3146
Hanno lunghe zampe che gli permettono di superare gli ostacoli e così via.
08:19
And they've got their long legs
188
499320
1544
08:20
so they can step around obstacles and so on.
189
500888
2066
Di nuovo, tutto questo è accuratamente derivato
08:22
So again, this is all derived accurately from the science.
190
502978
3027
dalla scienza.
Il problema è che non possiamo mostrarvelo in altri modi.
08:26
The problem is we can't show it to you any other way.
191
506029
2550
08:28
Exploring at the frontier of science, at the frontier of human understanding,
192
508603
4834
Esplorare il confine della scienza,
la frontiera della conoscenza umana,
è incredibile.
08:33
is mind-blowing.
193
513461
1235
08:35
Discovering this stuff
194
515974
1178
Scoprire queste cose
08:37
is certainly a pleasurable incentive to work in science.
195
517176
3528
è sicuramente un incentivo piacevole per fare scienza.
Per la maggior parte dei ricercatori medici però,
08:41
But most medical researchers --
196
521220
1728
08:43
discovering the stuff is simply steps along the path to the big goals,
197
523901
4213
fare delle scoperte
è solo uno dei passi nel cammino verso i grandi obiettivi,
08:48
which are to eradicate disease, to eliminate the suffering
198
528138
4421
che sono sradicare la malattia,
eliminare la sofferenza e la miseria che la malattia causa
08:52
and the misery that disease causes
199
532583
2075
e uscire dalla povertà.
08:54
and to lift people out of poverty.
200
534682
1680
Grazie.
08:56
Thank you.
201
536386
1272
08:57
(Applause)
202
537682
5197
(Applausi)
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