Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

מתרגם: Yubal Masalker מבקר: Sigal Tifferet

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

מה שאני עומד להראות

זה את המכונות המולקולריות מעוררות ההשתאות

that create the living fabric of your body.

אשר יוצרות את מארג החיים של גופנו.

Now molecules are really, really tiny.

מולקולות הן ממש, ממש זעירות.

וכאשר אני אומר זעירות,

And by tiny, I mean really.

אני באמת מתכוון לזה.

They're smaller than a wavelength of light,

הן יותר קטנות מאורך גל של אור,

so we have no way to directly observe them.

כך שאין לנו דרך לראותן ישירות.

אבל באמצעות המדע, יש לנו מושג די טוב

But through science, we do have a fairly good idea

על מה שמתרחש ברמה המולקולרית.

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

מה שאנו יכולים לעשות זה לספר על מולקולות,

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.

אבל אין ביכולתנו להראות ישירות את המולקולות.

אחת הדרכים לעקוף זאת היא לצייר ציורים.

One way around this is to draw pictures.

And this idea is actually nothing new.

אבל אין בזה שום דבר חדש.

Scientists have always created pictures

מדענים תמיד יצרו סקיצות

כחלק מתהליך החשיבה והגילוי שלהם.

as part of their thinking and discovery process.

הם מציירים ציורים על מה שרואות עיניהם,

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

through technology like telescopes and microscopes,

בעזרת טכנולגיות כמו טלסקופים ומיקרוסקופים,

וגם על המחשבות החולפות במוחם.

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

I picked two well-known examples,

בחרתי בשתי דוגמאות מאוד ידועות,

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

כי הן ידועות בעבור הבעת מדע באמצעות אמנות.

אתחיל עם גלילאו

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

שהשתמש בטלסקופ הראשון בעולם

כדי להביט לעבר הירח.

to look at the Moon.

And he transformed our understanding of the Moon.

הוא שינה לחלוטין את הבנתנו לגבי הירח.

The perception in the 17th century

על-פי התפיסה של המאה ה-17,

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

הירח היה כדור שמיימי מושלם.

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

אבל מה שגלילאו ראה היה עולם סלעי שומם,

which he expressed through his watercolor painting.

שאותו ביטא דרך ציורי צבעי המים שלו.

Another scientist with very big ideas,

מדען אחר בעל רעיונות כבירים,

כוכב-העל של ביולוגיה, הוא צ'רלס דארווין.

the superstar of biology is Charles Darwin.

ועם רישום ידוע זה במחברתו,

And with this famous entry in his notebook,

הוא מתחיל בפינה השמאלית העליונה ב-"אני סבור",

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

ואז משרבט סקיצה של עץ החיים הראשון,

and then sketches out the first tree of life,

which is his perception of how all the species,

המבטאת את תפיסתו בנוגע לכיצד

כל המינים, כל החי על כדור-הארץ,

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

קשורים באמצעות היסטוריה אבולוציונית --

the origin of species through natural selection

מוצא המינים באמצעות הברירה הטבעית

and divergence from an ancestral population.

והתפצלות מאוכלוסיה קדומה משותפת.

Even as a scientist,

אפילו כמדען, כאשר ישבתי בהרצאות

I used to go to lectures by molecular biologists

שניתנו על-ידי ביולוגים מולקולריים,

הן כלל לא היו מובנות לי,

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

עם כל השפה והמושגים הטכניים

שהם השתמשו בהם לתיאור עבודתם,

that they would use in describing their work,

עד שנתקלתי בעבודת האמנות של דייויד גודסל,

until I encountered the artworks of David Goodsell,

שהוא ביולוג מולקולרי במכון סקריפס.

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

ובתמונותיו,

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

הכל מדוייק ובמידות הנכונות.

And his work illuminated for me

עבודותיו האירו לי

what the molecular world inside us is like.

איך נראה העולם המולקולרי מבפנים.

זהו חתך רוחב דם.

So this is a transection through blood.

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

בפינה השמאלית העליונה, רואים אזור צהוב-ירוק.

אזור זה הוא הנוזלים בדם, בעיקר מים,

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

אבל גם נוגדנים, סוכרים,

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

הורמונים ודברים כאלה. והאזור האדום

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

הוא חתך בתוך תא דם אדום.

And those red molecules are hemoglobin.

ואותן מולקולות אדומות הן המוגלובין.

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

הן באמת אדומות; זה מה שהופך את הדם לאדום.

ההמוגלובין פועל כספוג מולקולרי

And hemoglobin acts as a molecular sponge

כדי לספוג את החמצן שבריאות

to soak up the oxygen in your lungs

ולשאתו לאיברים אחרים בגוף.

and then carry it to other parts of the body.

מאוד התרשמתי מתמונה זו לפני שנים רבות,

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

and I wondered whether we could use computer graphics

ותהיתי אם ניתן להשתמש בגרפיקה ממוחשבת

כדי לתאר את העולם המולקולרי.

to represent the molecular world.

כיצד הוא ייראה?

What would it look like?

And that's how I really began.

וכך באמת התחלתי. אז הבה נתחיל.

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

זהו DNA בצורה הקלסית של הסליל הכפול.

זה התקבל מדיפרקציית קרני-X,

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

כך שזה מודל מדוייק של ה-DNA.

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

אם מתירים את הסליל הכפול ופותחים את שני הגדילים שבתוכו,

רואים דברים אלה שנראים כמו שיניים.

you see these things that look like teeth.

אלה הם האותיות של הקוד הגנטי,

Those are the letters of genetic code,

25,000 הגנים הכתובים ב-DNA שלנו.

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

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

על זה בדרך-כלל מדברים --

הקוד הגנטי -- על זה מדברים.

this is what they're talking about.

אבל ברצוני לדבר על היבט אחר

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

של מדע ה-DNA, שזה הצורה הפיזית של DNA.

and that is the physical nature of DNA.

אלה שני גדילים הרצים בכיוונים מנוגדים

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

מסיבות שאיני יכול לפרט כרגע.

But they physically run in opposite directions,

אבל הם מסודרים בכיוונים מנוגדים,

דבר היוצר כמה סיבוכים לתאים שלנו,

which creates a number of complications for your living cells,

כפי שנראה מייד,

as you're about to see,

במיוחד כאשר DNA עובר שיכפול.

most particularly when DNA is being copied.

And so what I'm about to show you

מה שאני עומד להראות

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

הוא תיאור נאמן של

מכונת שיכפול DNA הפועלת ממש עכשיו בגופנו,

that's occurring right now inside your body,

כך לפחות לפי ביולוגיית שנת 2002.

at least 2002 biology.

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

ה-DNA נכנס לקו הייצור מצד שמאל,

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

הוא פוגע במערך זה, במכונות הביוכימיות הזעירות הללו,

המפרידות את גדילי ה-DNA ויוצרות העתק מדוייק.

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

כך שה-DNA נכנס

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

ופוגע במבנה הכחול בצורת סופגנייה

and it's ripped apart into its two strands.

ושני גדיליו מתנתקים.

גדיל אחד מועתק ישירות,

One strand can be copied directly,

וניתן לראות מיני דברים עוברים שזירה מחדש למטה.

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

אבל העניין יותר מסובך עם הגדיל השני

But things aren't so simple for the other strand

כי צריך להעתיקו בכיוון הפוך.

because it must be copied backwards.

הוא מושלך שוב ושוב לתוך הלולאות הללו

So it's thrown out repeatedly in these loops

ועובר העתקה של כל מקטע בנפרד,

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

תוך יצירת שתי מולקולות DNA חדשות.

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

יש מיליארדי מכונות כאלו

הפועלות ממש עכשיו בתוכנו,

copying your DNA with exquisite fidelity.

המשכפלות את ה-DNA בדיוק גבוה.

זהו תיאור מדוייק,

It's an accurate representation,

והוא גם במהירות די נכונה של מה שמתרחש בתוכנו.

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

לא הזכרתי תיקון שגיאות ועוד כמה דברים.

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

(Laughter)

זו היתה עבודה מלפני מספר שנים.

This was work from a number of years ago--

תודה.

Thank you.

עבודה זו היא מלפני מספר שנים,

(Applause)

This is work from a number of years ago,

אבל מה שאציג כעת הוא מדע יותר מעודכן, טכנולוגיה מעודכנת.

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

it's updated technology.

אז שוב, מתחילים עם DNA.

So again, we begin with DNA.

הוא נע ומתנודד בגלל מרק המולקולות שמקיף אותו,

And it's jiggling and wiggling there

because of the surrounding soup of molecules,

שאני הסרתי כדי שתוכלו לראות משהו.

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

ה-DNA הוא כ-2 ננומטר מקצה לקצה,

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

שזה באמת זעיר.

אבל בכל אחד מתאינו,

But in each one of your cells,

אורך כל גדיל DNA הוא כ-30 עד 40 מיליוני ננומטר.

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,

לכן כדי לשמור את ה-DNA מאורגן ולהסדיר את הגישה לקוד הגנטי,

הוא מלופף סביב הפרוטאינים הסגולים הללו --

it's wrapped around these purple proteins --

בעצם אני סימנתי אותם בסגול.

or I've labeled them purple here.

הוא צרור וארוז בחבילה.

It's packaged up and bundled up.

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

כל התמונה הזו מראה גדיל בודד של DNA.

This huge package of DNA is called a chromosome.

כל החבילה הענקית הזו של DNA נקראת כרומוזום.

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

נחזור לכרומוזומים עוד מעט.

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

אנו מתרחקים עכשיו,

out through a nuclear pore,

יוצאים דרך נקבובית הגרעין,

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

שהוא שער הכניסה לחלל זה המכיל את כל ה-DNA

called the nucleus.

והמכונה גרעין התא.

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

כל מה רואים עכשיו

זו עבודת סמסטר שלם בביולוגיה, ולי יש רק 7 דקות.

and I've got seven minutes,

אז אנו לא נוכל לעשות זאת היום?

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

לא, אומרים לי שלא.

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

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

ככה נראה תא חי תחת מיקרוסקופ אופטי.

הוא צולם לאורך זמן ולכן רואים אותו זז.

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

מעטפת הגרעין נקרעת.

The nuclear envelope breaks down.

העצמים בצורת נקניקיות הם הכרומוזומים ונתמקד בהם.

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

הם עושים את התנועות המדהימות האלו

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

המתמקדות בנקודות האדומות האלו.

כאשר התא חש שהוא מוכן לזה,

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

הוא תולש את הכרומוזום.

One set of DNA goes to one side,

קבוצת DNA אחת עוברת לצד אחד,

the other side gets the other set of DNA --

לצד האחר מגיעה קבוצת ה-DNA השניה --

identical copies of DNA.

העתקים זהים של DNA.

And then the cell splits down the middle.

ואז התא מתפצל באמצע.

And again, you have billions of cells undergoing this process

ושוב, ויש לנו מיליארדי תאים

העוברים תהליך כזה ממש עכשיו בתוכנו.

right now inside of you.

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

כעת נחזור אחורה ונתמקד רק בכרומוזומים,

and look at its structure and describe it.

נתבונן במבנה שלהם ונתאר אותם.

שוב אנחנו ברגע החציה.

So again, here we are at that equator moment.

הכרומוזומים מסתדרים.

The chromosomes line up.

And if we isolate just one chromosome,

נבודד כרומוזום אחד,

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

נוציא אותו ונתבונן במבנהו.

זהו מבנה מולקולרי מהגדולים ביותר שקיים,

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

לפחות עד כמה שגילינו עד היום.

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

זהו כרומוזום בודד.

So this is a single chromosome.

יש שני גדילים של DNA בכל כרומוזום.

And you have two strands of DNA in each chromosome.

One is bundled up into one sausage.

אחד מאוגד בצורת נקניקייה.

The other strand is bundled up into the other sausage.

הגדיל השני מאוגד כנקניקייה אחרת.

הדברים האלה הנראים כזיפים המזדקרים מכל צד

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

הם מערכת הפיגומים הדינמית של התא.

are the dynamic scaffolding of the cell.

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

הם נקראים מיקרו-צינוריות. השם לא חשוב.

אבל נתמקד באזור האדום הזה -- סימנתי אותו באדום --

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

והוא הממשק

and it's the interface between the dynamic scaffolding

בין הפיגומים הדינמיים והכרומוזומים.

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

ברור שהוא מהווה גורם מרכזי בתנועת הכרומוזומים.

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

אין לנו באמת מושג כיצד נוצרת התנועה הזו.

חוקרים את הדבר הזה שנקרא קינטוכור כבר

We've been studying this thing they call the kinetochore

יותר מ-100 שנה בצורה אינטנסיבית,

for over a hundred years with intense study,

ואנו רק עכשיו מתחילים לגלות על מה מדובר.

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

הוא עשוי מכ-200 סוגי חלבונים שונים,

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

סה"כ אלפי חלבונים.

thousands of proteins in total.

It is a signal broadcasting system.

זוהי מערכת שידור אותות.

It broadcasts through chemical signals,

היא משדרת באמצעות אותות כימיים

המסמנים לשאר התא שהוא מוכן,

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

when it feels that everything is aligned and ready to go

כאשר היא מרגישה שהכל ערוך ומוכן לשלב

for the separation of the chromosomes.

הפרדת הכרומוזומים.

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

היא מסוגלת להיצמד למיקרו-צינוריות המתרחבות ומתכווצות.

היא קשורה להתרחבות המיקרו-צינוריות,

It's involved with the growing of the microtubules,

והיא מסוגלת להיצמד אליהן ארעית.

and it's able to transiently couple onto them.

זו גם מערכת להפניית תשומת לב.

It's also an attention-sensing system.

היא מסוגלת לחוש מתי התא מוכן,

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

מתי הכרומוזום נמצא בתנוחה הנכונה.

when the chromosome is correctly positioned.

כאן רואים שהיא הופכת לירוק

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

כי היא חשה שהכל ערוך ומוכן.

וכפי שתראו, יש עוד חלק קטן

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

שעדיין אדום.

that's still remaining red.

והוא מתרחק בהליכה על-גבי המיקרו-צינוריות.

And it's walked away down the microtubules.

זוהי המערכת לשידור אותות השולחת אות לעצירה.

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

הוא מתרחק בהליכה. כלומר, זה עד כדי כך מכני.

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

זהו מנגנון-שעון מולקולרי.

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

כך זה עובד ברמה המולקולרית.

So with a little bit of molecular eye candy,

כך, עם קצת גרפיקה מולקולרית ממוחשבת היפה לעיניים,

(Laughter)

קיבלנו קינזינים, שהם בצבע כתום.

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

הם מולקולות-שליח קטנות ההולכות לכיוון אחד.

והנה כאן הדינאינים. הם נושאים את מערכת השידור.

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

יש להן רגליים ארוכות כדי שיוכלו לדלג על מכשולים וכו'.

And they've got their long legs

so they can step around obstacles and so on.

שוב, כל זה מוצג במדוייק

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

מתוך המחקר המדעי.

הבעיה היא שאיננו יכולים להציג לכם זאת בכל דרך אחרת.

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,

גילויים מחזית המדע,

מחזית ההבנה האנושית,

הם דבר מטריף.

is mind-blowing.

Discovering this stuff

גילוי דברים כאלה

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

הוא ללא ספק תמריץ מושך לעסוק במדע.

אבל עבור רוב החוקרים ברפואה --

But most medical researchers --

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

המגלים דברים כאלה,

אלה הם רק צעדים קטנים בדרך למטרות הנעלות,

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

שהן ביעור מחלות, ביעור הסבל והיגון

שנגרמים בגלל מחלות

and the misery that disease causes

והוצאת אנשים ממעגל העוני.

and to lift people out of poverty.

תודה.

Thank you.

(Applause)

(מחיאות כפיים)