Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

ドリュー・ベリー「不可視な超微小生物世界のCG」

翻訳: Akinori Oyama 校正: Akiko Hicks

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

皆さんにお見せするのは

人体の生体組織を造っている

that create the living fabric of your body.

驚くべき分子マシンです

Now molecules are really, really tiny.

分子は非常に非常に小さいのです

And by tiny, I mean really.

本当に

かなり小さいのです

They're smaller than a wavelength of light,

光の波長より小さいので

so we have no way to directly observe them.

直接見ることはできません

でも科学のおかげで小さな分子の世界で

But through science, we do have a fairly good idea

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

何が起きているのか かなり分かっています

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

しかし分子についてお話する事はできても

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

お見せする直接の方法はありません

One way around this is to draw pictures.

見えないものを 絵で表現するという方法は

And this idea is actually nothing new.

決して目新しいものではありません

Scientists have always created pictures

科学者達はこれまでも

考えや発見の段階で絵を使ってきました

as part of their thinking and discovery process.

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

望遠鏡や顕微鏡を覗いて見た事や

through technology like telescopes and microscopes,

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

頭の中で考えている事を 絵に描きました

I picked two well-known examples,

アートで科学を表現する という点で有名な２つの例をご紹介します

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

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

まずはガリレオ

世界初の望遠鏡で

to look at the Moon.

月をみた人物ですよね

And he transformed our understanding of the Moon.

月の知識を一変させました

The perception in the 17th century

17世紀当時 月は完璧な

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

美しい球体だとされていましたが

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

ガリレオが見たのはゴツゴツした不毛なもので

which he expressed through his watercolor painting.

彼はそれを水彩画で表現しました

Another scientist with very big ideas,

もう一人は チャールズ・ダーウィンです

the superstar of biology is Charles Darwin.

壮大な考えを持っていた生物学界のスターです

And with this famous entry in his notebook,

この有名なスケッチの左上には

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

「私の考えでは」とありそれから

and then sketches out the first tree of life,

最初の生命の樹が描かれています

which is his perception of how all the species,

地球上の全生物が

進化過程でどう繋がっているか

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

という彼の説を表しています

the origin of species through natural selection

祖先からの多様化と

and divergence from an ancestral population.

自然淘汰による生物種の起源が 表現されています

Even as a scientist,

ところで 科学者の私でさえ

I used to go to lectures by molecular biologists

分子生物学の講義を受けては

研究の説明に専門用語や特殊用語が頻出し

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

内容が全く理解できない

と感じることが よくありました

that they would use in describing their work,

そんな時分子生物学者 デイヴィッド・グッドセルの

until I encountered the artworks of David Goodsell,

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

美術作品に出会いました

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

彼の絵は 形も縮尺も

正確に表現されています

And his work illuminated for me

体内の分子世界がどうなっているのかが

what the molecular world inside us is like.

彼の作品では理解できました

例えば 血液の断面図です

So this is a transection through blood.

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

左上の端の黄緑色のエリアがありますね

これは血液の液体部分で ほとんど水ですが

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

抗体 糖 ホルモン等を

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

含んでいます

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

赤色の所は赤血球の断面で

And those red molecules are hemoglobin.

赤い分子はヘモグロビンです

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

血液が赤いのはこのためです

ヘモグロビンは分子のスポンジの役割をし

And hemoglobin acts as a molecular sponge

to soak up the oxygen in your lungs

酸素を肺で吸収し

体全体に運びます

and then carry it to other parts of the body.

私は何年も前に この絵に刺激され

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

and I wondered whether we could use computer graphics

コンピューターグラフィックスを用いて

to represent the molecular world.

分子の世界を表現できないか考えました

What would it look like?

どう見えるだろうなぁって

And that's how I really began.

そこから始めたんです ではいきますよ

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

ご存知の２重螺旋のDNA

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

こちらX線解析によるもので

正確なDNAのモデルです

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

螺旋をばらして２つの鎖を解くと

歯のようなものが現れます

you see these things that look like teeth.

これは遺伝子コードの文字列で

Those are the letters of genetic code,

25,000のヒトの遺伝子を DNA上に書いています

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

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

遺伝子コードってよく耳にしますね

ご覧のこれがまさにそれなんです

this is what they're talking about.

ここではDNA科学の違った側面—

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

DNAの物理的な性質をお話します

and that is the physical nature of DNA.

これは逆向きに並んでいる２本の鎖です

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

細かい理由は省きますが

But they physically run in opposite directions,

鎖の方向性が逆になっているため

私たちの細胞にとって 不便なことが起こります

which creates a number of complications for your living cells,

as you're about to see,

このあとご覧いただきますが

most particularly when DNA is being copied.

特にDNAの複写時です

And so what I'm about to show you

次の画像は 今まさに

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

皆さんの体内でも起こっている

DNA複製の正確なモデルです

that's occurring right now inside your body,

2002年時点の生物学ですが

at least 2002 biology.

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

DNAが左側から生産ラインに入って行き

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

二本のDNAをバラバラにし 全く同じコピーを作る

小型の生化学装置に達します

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

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

DNAが入ってきて

ドーナツ型の青い部分にあたると

and it's ripped apart into its two strands.

鎖は２本に引き離されます

One strand can be copied directly,

片方の鎖は直接複写され

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

丸まって下方へ落ちて行きますが

もう片方の鎖では そう単純にはいきません

But things aren't so simple for the other strand

逆方向に複製する必要があるからです

because it must be copied backwards.

繰り返し この様なループにされ

So it's thrown out repeatedly in these loops

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

一部ごと複写されて

２つの新しいDNA分子が造られます

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

今こうしている間もあなたの体内で

何十億個ものこの機械が活動し

copying your DNA with exquisite fidelity.

精巧かつ完全な複製を作っています

It's an accurate representation,

正確に表現できています

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

複写速度も ほぼこの速さです

ここでは エラー修正や 他の様々なことは省略しています

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

(Laughter)

（笑）

This was work from a number of years ago--

ここまでは数年前の作品です

Thank you.

ありがとうございます （拍手）

(Applause)

This is work from a number of years ago,

これは随分前のものでしたが 今からお見せするのは

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

新しい科学知識を さらに進んだ技術で表現したものです

it's updated technology.

So again, we begin with DNA.

今回も DNAから始めましょう

And it's jiggling and wiggling there

通常は周囲の液体分子に影響され 振動していますが

because of the surrounding soup of molecules,

見やすいように液体を取り除きました

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

DNAの幅は約２ナノメートルで

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

とても小さいのですが

私たちの細胞内のDNAは

But in each one of your cells,

3千万から4千万ナノメートルの 長さがあります

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,

構造をとりまとめ 遺伝子コードへのアクセスを制御するために

DNAは タンパク質の周りを取り巻きます

it's wrapped around these purple proteins --

or I've labeled them purple here.

ここでタンパク質は紫色で示されています

It's packaged up and bundled up.

まとまって 束ねられています

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

画面全体に広がるのは １分子のDNAなんですよ

This huge package of DNA is called a chromosome.

この巨大なDNAのひとまとまりが染色体です

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

染色体については後でお話しするとして

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

ズームアウトして

out through a nuclear pore,

全DNAを含む 核から 核膜孔を抜けて

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

called the nucleus.

出て見ましょう

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

ちなみに映っているものは

生物のクラス 一学期分に値しますが 7分しかないので

and I've got seven minutes,

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

今日は全部お話できませんね？

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

「駄目」だそうです

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

光学顕微鏡で覗くと 生きた細胞はこう見えます

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

低速度撮影のため動くのが見えています

The nuclear envelope breaks down.

核膜が消失しました

ソーセージのような形が染色体で ここを中心に見ていきます

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

染色体が著しい動きをしている

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

箇所が赤い部分に集中しています

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

細胞分裂の準備が整うと

染色体は２つに分かれ

One set of DNA goes to one side,

一組のDNAセットは一方へ

the other side gets the other set of DNA --

もう一組は他方へ行きます

identical copies of DNA.

複製した全く同じDNAです

And then the cell splits down the middle.

そして細胞が真ん中で分離します

And again, you have billions of cells undergoing this process

繰り返しますが今も体内では

何十億という細胞がこうして分裂しています

right now inside of you.

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

では少し巻き戻して 染色体だけに着目して

and look at its structure and describe it.

構造を見て 解説しましょう

So again, here we are at that equator moment.

分裂中期に戻ってきました

The chromosomes line up.

染色体が並んでいます

And if we isolate just one chromosome,

１つの染色体を取り出して

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

構造を見てみましょう

これは現在の生物学上 体内で

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

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

最も大きい分子構造の１つです

So this is a single chromosome.

これが１つの染色体で

And you have two strands of DNA in each chromosome.

分裂期の染色体には ２つのDNAの鎖が入っています

One is bundled up into one sausage.

一方は１つのソーセージに

The other strand is bundled up into the other sausage.

他方は別のに束ねられています

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

ひげのような物が両側に 突き出しているのが見えますね

are the dynamic scaffolding of the cell.

これは微小管といいます 細胞の重要な枠組みです

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

名前は重要ではありません

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

赤く色付けられた所に注目しましょう

ここは 新しく微小管が合成される箇所と

and it's the interface between the dynamic scaffolding

染色体の結合部です

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

明らかに 染色体の動きの中枢です

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

この動きの仕組みは はっきり解っていません

これは動原体と呼ばれて かなり綿密に

We've been studying this thing they call the kinetochore

for over a hundred years with intense study,

100年以上研究されてきましたが

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

その働きが やっと少しずつ 解ってきたところです

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

合計数千個にも及ぶ約200種類もの

thousands of proteins in total.

タンパク質から出来ています

It is a signal broadcasting system.

動原体は 信号発信のシステムです

It broadcasts through chemical signals,

全てが並んで準備ができると

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

細胞の他の部分に

when it feels that everything is aligned and ready to go

染色体が切り離せる状態であることを

for the separation of the chromosomes.

化学的な信号で知らせます

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

動原体は伸縮する微小管に 結合することができます

It's involved with the growing of the microtubules,

それは微小管の伸長に関係していて

and it's able to transiently couple onto them.

一時的に結合することも出来ます

It's also an attention-sensing system.

これは検知システムでもあり

染色体が正しく並べられ

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

細胞の準備できた時が分かります

when the chromosome is correctly positioned.

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

全てが準備できると

ここが緑色に変わります

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

ここに 小さく１部分だけ

赤色のままのものが あります

that's still remaining red.

And it's walked away down the microtubules.

赤色部分は微小管を歩いて離れていきます

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

これは発信システムが 「停止」の信号を送っているのです

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

歩いて離れる まさに機械的な動作です

細かく正確な動きです

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

このように分子の世界は動いています

So with a little bit of molecular eye candy,

ちょっと見た目が面白い分子に

(Laughter)

オレンジ色のキネシンがあります

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

小さな分子の運び屋で左に進んでいます

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

これはダイニンで 発信システムを担っています

And they've got their long legs

ダイニンは長い脚で 障害物をかわしたりします

so they can step around obstacles and so on.

これは科学から得られた情報を

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

正確に画像としたもので

視覚的に説明する唯一の方法です 他の方法では見ることができません

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,

最先端の科学や 最先端の

人類の知識を探求することは

is mind-blowing.

強烈で刺激的なものです

Discovering this stuff

このような発見が

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

科学者の原動力になっていることは確かです

But most medical researchers --

しかし 殆どの医学研究者にとって

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

このような発見をすることは

大きな目標への通過点でしかありません

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

大きな目標は病気を撲滅し

病気からの苦しみや悲しみをなくし

and the misery that disease causes

貧困をなくす事です

and to lift people out of poverty.

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)