Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

번역: Ray Park 검토: Young-ho Park

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

제가 여러분에게 보여드릴것은

바로 우리 몸의 살아있는 조직들을

that create the living fabric of your body.

만드는 놀라운 분자기계들입니다.

Now molecules are really, really tiny.

분자는 정말 정말 작습니다.

그냥 작은게 아니고

And by tiny, I mean really.

정말로 작지요.

They're smaller than a wavelength of light,

분자는 빛의 파장보다도 작기때문에

so we have no way to directly observe them.

직접 보는 것은 불가능합니다.

하지만 과학을 통하여, 우리는 분자적 규모에서

But through science, we do have a fairly good idea

어떤일이 생기고 있는지 꽤 잘 알고 있습니다.

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

그래서 분자들에 대한 설명은 해줄 수 있지만

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.

분자를 직접 보여줄 방법은 없죠.

한가지 해결책은 그림을 그리는 것이죠

One way around this is to draw pictures.

And this idea is actually nothing new.

그것은 별로 새로운 아이디어가 아니죠.

Scientists have always created pictures

과학자들은 옛날부터 생각하고, 발견하는

과정의 일부로 그림을 그려왔으니까요.

as part of their thinking and discovery process.

그들은 망원경이나 현미경 같은

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

through technology like telescopes and microscopes,

과학 장비로 관찰한 내용과 머리속에서

생각하는 것을 그림으로 나타내지요.

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

I picked two well-known examples,

저는 과학을 예술로 표현하는 2개의

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

널리 알려진 예를 준비해 왔습니다.

일단, 세계 최초의 망원경으로

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

달을 관찰했던

갈릴레오의 이야기를 먼저 하지요.

to look at the Moon.

And he transformed our understanding of the Moon.

그는 달에 대한 우리의 지식을 완전히 탈바꿈 시켰지요.

The perception in the 17th century

17세기때의 인식은

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

달이 완벽한 구형의 천체라고 믿었죠.

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

하지만 갈릴레오가 본것은 울퉁불퉁하고 황량한 세계였는데

which he expressed through his watercolor painting.

그는 그것을 수채화로 그렸지요.

Another scientist with very big ideas,

그외에 또다른 혁신적인 아이디어를 가졌던 다른 과학자는

생물학계의 슈퍼스타인 찰스 다윈입니다.

the superstar of biology is Charles Darwin.

그는 그의 노트북에 "나는 이렇게 생각한다"라는

And with this famous entry in his notebook,

유명한 문귀를 페이지 왼쪽 상단에 적고

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

그 밑에 사상 최초의 생명의 나무를 그렸는데

and then sketches out the first tree of life,

which is his perception of how all the species,

그는 이 그림에 모든 종과

지구상의 모든 생물들이 진화 과정에서

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

어떻게 상호 연관되며, 종의 기원은

the origin of species through natural selection

자연선택과 공통조상으로 부터의

and divergence from an ancestral population.

분기에 의한다는 그의 생각을 담았지요.

Even as a scientist,

저는 과학자가 된 후에도

I used to go to lectures by molecular biologists

고급스러운 기술용어와 전문용어로

범벅이된 분자생물학자들의

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

강의를 들으면 도대체 무슨 말을 하는지

이해할 수 없었는데

that they would use in describing their work,

어느날 스크립스 연구소의 분자생물학자인

until I encountered the artworks of David Goodsell,

David Goodsell씨의 삽화를 보고 이해를 하기 시작했죠.

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

그의 그림은 모든것이 정확하고

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

크기도 실물의 크기에 비례하지요.

And his work illuminated for me

그의 그림들은 우리 신체내의 분자세계가

what the molecular world inside us is like.

어떻게 생겼다는 것을 저한테 보여 줬지요.

이것은 혈액의 횡단면이죠.

So this is a transection through blood.

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

왼쪽상단을 보시면, 여기에 노랑-초록색 부분이 있습니다.

이 부분은 혈액내에 있는 액체인데 주로 물로 구성돼 있지만,

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

항체, 당분, 호르몬

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

같은 것도 포함돼 있죠.

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

여기의 빨간 부분은 적혈구의 단면도이죠.

And those red molecules are hemoglobin.

저기보이는 빨간 분자들은 헤모글로빈입니다.

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

그것은 실제로 빨간색인데그래서 우리의 피가 빨갛죠.

헤모글로빈은 스폰지 처럼

And hemoglobin acts as a molecular sponge

폐에서 산소를 흡수해서

to soak up the oxygen in your lungs

신체의 곳곳으로 산소를 공급해 주죠.

and then carry it to other parts of the body.

저는 오래전에 이 그림으로부터 큰 영감을 받고

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

and I wondered whether we could use computer graphics

컴퓨터 그래픽을 사용해서

분자들의 세계를 묘사할수있을지 생각해보았죠.

to represent the molecular world.

과연 어떤 그림이 나올까?

What would it look like?

And that's how I really began.

제 일은 이렇게 시작됐지요. 자 이제 보시죠.

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

이것은 DNA의 전형적인 이중나선 그림입니다.

이 그림은 X선 결정학 방법으로 얻은 것이죠.

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

그래서 이것은 정확한 DNA의 모델입니다.

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

여기서 우리가 이중나선을 풀고, 이 두가닥을 떼어놓으면,

이빨처럼 생긴 것들이 보이지요.

you see these things that look like teeth.

저것들이 우리의 DNA에 적혀져있는

Those are the letters of genetic code,

25,000개의 유전암호이죠.

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

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

사람들이 흔히 유전암호에 대해

이야기할때 바로 이걸 보고 말하는 거죠.

this is what they're talking about.

하지만 저는 DNA의 다른면,

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

즉 DNA의 물리적 특성에 대해 말씀드리겠습니다.

and that is the physical nature of DNA.

이 두가닥은 서로 반대방향을 향하고 있지요,

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

그런데 그 이유는 생략하겠습니다.

But they physically run in opposite directions,

하여튼 그들은 물리적으로 서로 반대방향을 향하고 있는데

이 사실은 곧 보시겠지만

which creates a number of complications for your living cells,

세포내에서 여러가지 복잡한 상황을

as you're about to see,

만들어내는데 특히 DNA를 복사할 때 그러합니다.

most particularly when DNA is being copied.

And so what I'm about to show you

그래서 제가 지금 보여드릴려고하는것은

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

저희 몸속에서 지금 일어나고있는

실제 DNA 복사 체계를 정확하게 묘사한 것입니다,

that's occurring right now inside your body,

최소한 2002년도의 생물학에 의거하면 그렇지요.

at least 2002 biology.

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

DNA는 왼쪽에서 부터 이 생산라인에 들어가서

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

이 미세한 생화학적 장치들에 부딛치는데

이것은 DNA의 가닥을 풀어헤치고, 똑같은 DNA 복사본을 만들지요.

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

DNA는 그 안으로 들어가서

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

이 파란 도넛츠처럼 생긴 구조물과 부딛치고,

and it's ripped apart into its two strands.

두개의 가닥으로 풀어지지요.

한개의 가닥은 직접 복사가 되고,

One strand can be copied directly,

보시는 바와 같이 아래쪽으로 풀려나갑니다.

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

그런데 다른 가닥은 반대방향으로

But things aren't so simple for the other strand

복사돼야 하기 때문에 일이 좀 복잡하게 되지요.

because it must be copied backwards.

이 가닥은 계속해서 이런 고리 모양으로 일단 떨어졌다가

So it's thrown out repeatedly in these loops

다시 한부분씩 복사되며

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

두개의 새로운 DNA분자를 만들지요.

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

지금 여러분들의 몸안에는 수십억개의

이런 기계들이 엄청난 정확도로

copying your DNA with exquisite fidelity.

DNA 를 복제하고 있지요.

이 영상은 여러분의 몸 안에서 일어나는 것을

It's an accurate representation,

정확히 묘사할 뿐만 아니라 거의 실제 속도로 보여 줍니다.

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

이 영상에서는 오류수정 등의 여러가지를 생략했습니다.

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

(Laughter)

이것은 제가 몇년전에 만든 것입니다.

This was work from a number of years ago--

감사합니다.

Thank you.

이건 제가 몇년전에 만든 영상인데

(Applause)

This is work from a number of years ago,

이제는 최신 과학과 기술에 의거한 비디오를 보여그리겠습니다.

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

it's updated technology.

자, 다시 DNA로 부터 시작하겠습니다.

So again, we begin with DNA.

DNA는 주변의 분자들 때문에 이리저리 꿈틀거리고 있는데

And it's jiggling and wiggling there

because of the surrounding soup of molecules,

DNA를 볼 수 있도록 주변의 분자들을 그림에서 뺏습니다.

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

DNA의 지름은 약 2 나노미터 정도니까

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

정말로 작죠

하지만 여러분들의 세포 하나 하나에

But in each one of your cells,

있는 DNA 가닥의 길이는 약 30-40 밀리미터죠.

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,

DNA를 정리하고 유전암호에 접속할 수 있도록 DNA는

보라색 단백질로 감싸여져있죠 --

it's wrapped around these purple proteins --

제가 보라색으로 표시했죠.

or I've labeled them purple here.

자, 이렇게 꾸러미로 뭉쳐져있습니다.

It's packaged up and bundled up.

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

여기에 보이는 모든것이 한가닥의 DNA이지요.

This huge package of DNA is called a chromosome.

그리고 이 큰 DNA 꾸러미가 바로 염색채입니다.

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

그리고 염색채에 관해서는 잠시후에 다시 돌아오겠습니다.

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

이제 줌 아웃해서 핵 구멍을

out through a nuclear pore,

통해서 밖으로 나갑니다.

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

이것은 모든 DNA가 위치한 세포핵이라는

called the nucleus.

세포기관으로 통하는 관문이지요.

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

우리가 보고있는 이것들이

한학기 정도의 생물학 교습량인데 7분 밖에 시간이 안남았네요.

and I've got seven minutes,

그래서 오늘 이걸 다 못배우겠죠?

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

안된다고요, 네, "안된다"고 하시네요.

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

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

이건 살아있는 세포를 광학현미경으로 본 것 입니다.

저속촬영을 했기 때문에 세포가 움직이는 것을 볼 수 있습니다.

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

핵 주머니가 붕괴됩니다.

The nuclear envelope breaks down.

이 소시지 모양의 것들이 염색체인데 그것을 잘 살펴보죠.

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

이들은 빨간 점들을 중심으로

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

주목할 만한 변화를 하지요.

세포는 분리할 때가 되면

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

염색체를 두개로 쪼개지요.

One set of DNA goes to one side,

한 세트의 DNA는 한쪽으로 가고,

the other side gets the other set of DNA --

다른 세트는 반대쪽으로 가죠 --

identical copies of DNA.

똑같은 DNA 복사본으로요.

And then the cell splits down the middle.

그리고 세포는 중간에서 반으로 갈라집니다.

And again, you have billions of cells undergoing this process

여러분들의 몸속에는 수십억개의

세포들이 지금 이 과정을 밟고 있습니다.

right now inside of you.

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

이제 앞서 말한바 있는 염색체로 돌아가서

and look at its structure and describe it.

그것의 구조를 설명해 드리죠.

이번에도 중간에서 무슨 일이 일어나고 있네요.

So again, here we are at that equator moment.

염색체들은 줄을 섭니다.

The chromosomes line up.

And if we isolate just one chromosome,

이때 염색체 하나를 골라서

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

떼어내고 그것의 구조를 관찰해 보죠.

이것은 우리의 몸에서 지금까지 발견된

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

가장 큰 분자의 하나입니다.

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

이것은 한개의 염색체입니다.

So this is a single chromosome.

각 염색체에는 두 가닥의 DNA가 있지요.

And you have two strands of DNA in each chromosome.

One is bundled up into one sausage.

하나는 하나의 소시지로 뭉쳐져있습니다.

The other strand is bundled up into the other sausage.

다른 하나는 또 다른 하나의 소시지로 뭉쳐져있지요.

이 양쪽에서 뻗어나오는 수염처럼 생긴것들은

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

세포의 움직이는 비계같은 것인데

are the dynamic scaffolding of the cell.

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

미소관이라고 불리지요. 이름은 중요하지 않습니다.

주목할 곳은 바로 이 빨간 부분입니다 -- 제가 빨강으로 표시했죠 --

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

동적인 비계와 염색체가

and it's the interface between the dynamic scaffolding

접속하는 부분이 바로 이곳 입니다.

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

이 부분은 분명히 염색체의 이동에 핵심적인 역할을 하지요.

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

우리는 그것이 염색체를 어떻게 움직이는지 모릅니다.

지난 100년 이상 동안 많은 연구자들이

We've been studying this thing they call the kinetochore

동핵이라고 불리는 이 구조에 대해 많은 연구를 하고 있으나

for over a hundred years with intense study,

우리는 아직도 이에 대해 많은 것을 모르고 있습니다.

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

동핵은 총 수천개에 달하는

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

200개의 단백질 종류로 구성돼 있지요.

thousands of proteins in total.

It is a signal broadcasting system.

이것은 신호방송 시스템입니다.

It broadcasts through chemical signals,

동핵은 세포의 다른 부분에게 언제

세포가 분열할 준비가 됐는가, 염색체 배열이 끝나서

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

when it feels that everything is aligned and ready to go

염색체를 분리할 때가 됐는가를

for the separation of the chromosomes.

화학신호를 통해 세포의 다른 부분으로 방송하지요.

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

동핵은 증대하거나 또는 축소하는 미소관에 결합할 수 있습니다.

동핵은 미소관의 증대에 관련되며

It's involved with the growing of the microtubules,

일시적으로 미소관에 결합될 수도 있지요.

and it's able to transiently couple onto them.

동핵은 주변의 상황을 감지할 수 있기 때문에

It's also an attention-sensing system.

세포가 분할할 때가 됐는지,

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

염색체가 정확히 배열됐는지를 느낄 수 있지요.

when the chromosome is correctly positioned.

동핵은 지금 모든것이 정상적이라는 것을

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

느끼기 때문에 색갈이 초록색으로 바뀌고 있습니다.

그런데 여기에 아직도

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

빨간 부분이 조금 남아 있는데

that's still remaining red.

그것은 지금 미소관 아래쪽으로 내려가고 있지요.

And it's walked away down the microtubules.

그것은 신호방송 시스템이 멈추라는 신호를 보내는것이지요.

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

그리고 그것은 아래로, 실지로 이렇게 기계적으로 내려갑니다.

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

마치 분자 규모의 기계장치 같지요.

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

분자 규모로 보면 여러분들 자신이 이렇게 작동합니다.

So with a little bit of molecular eye candy,

분자 눈요기거리로

(Laughter)

키네신을 보여드리죠, 오렌지색의 것들이 그겁니다.

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

키네신은 한쪽 방향으로 걸어가는 작은 운반 분자죠.

그리고 여기는 다이네인입니다. 이들은 방송 시스템을 들고가지요.

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

이들은 다리가 길어서 장해물을 피해 다닐 수 있지요.

And they've got their long legs

so they can step around obstacles and so on.

다시한번 말하지만, 이 비디오는 과학적 사실을

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

정확하게 이미지로 나타낸 것입니다.

문제는 그 어떤 다른 방법으로는 보여드릴수 없다는 것이지요.

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,

과학과 우리의 지식의

최전선을 탐사한다는 것은

정말 대단한것입니다.

is mind-blowing.

Discovering this stuff

이런것들을 발견하는 것은

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

과학분야에서 일하며 받는 즐거운 보상이지요.

하지만 대부분의 의학 연구원들에게는

But most medical researchers --

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

이런것들을 발견한다는 것은,

병을 퇴치하고, 병으로 인한

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

고통과 괴로움을 없애고

사람들을 가난에서 구한다는

and the misery that disease causes

큰 목표를 위한 하나의 과정일 뿐입니다.

and to lift people out of poverty.

감사합니다.

Thank you.

(Applause)

(박수)