Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

Дрю Берри: Анимация невидимой биологии

Переводчик: Victoria Vernhes Редактор: Aliaksandr Autayeu

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

Я хочу показать вам

удивительные молекулярные устройства,

that create the living fabric of your body.

которые создают живые ткани вашего тела.

Now molecules are really, really tiny.

Молекулы крохотны.

И говоря «крохотны»,

And by tiny, I mean really.

я говорю об очень и очень маленьких величинах.

They're smaller than a wavelength of light,

Они меньше, чем длина волны света,

so we have no way to directly observe them.

поэтому у нас нет возможности напрямую их увидеть.

C помощью науки мы хорошо представляем то,

But through science, we do have a fairly good idea

что происходит на молекулярном уровне.

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

Но всё, что мы можем сделать, это рассказать о молекулах,

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.

потому что у нас нет способа показать их.

Один из способов это сделать — изобразить их на рисунке.

One way around this is to draw pictures.

And this idea is actually nothing new.

И в этой идее, на самом деле, нет ничего нового.

Scientists have always created pictures

Учёные всегда рисовали

в процессе обдумывания или открытия.

as part of their thinking and discovery process.

Они рисовали картинки того, что они наблюдают своими глазами,

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

through technology like telescopes and microscopes,

с помощью технологий, будь то телескоп или микроскоп,

а также того, о чем они думают.

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

I picked two well-known examples,

Я выбрал два хорошо известных примера,

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

потому что они широко известны как изображение науки через искусство.

И я начну с Галилео,

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

который использовал первый в мире телескоп,

чтобы увидеть Луну.

to look at the Moon.

And he transformed our understanding of the Moon.

Он изменил наше понимание Луны.

The perception in the 17th century

В 17 веке полагали, что Луна —

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

идеальное небесное тело.

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

Но Галилео увидел каменистый, бесплодный мир,

which he expressed through his watercolor painting.

который он и передал в своём акварельном рисунке.

Another scientist with very big ideas,

Другой учёный, основоположник великих идей,

звезда биологии — Чарльз Дарвин.

the superstar of biology is Charles Darwin.

Свою знаменитую запись в блокноте

And with this famous entry in his notebook,

он начинает с фразы «Я думаю» в верхнем левом углу,

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

а затем рисует первое древо жизни,

and then sketches out the first tree of life,

which is his perception of how all the species,

которое является его пониманием того,

как все виды, всё живущее на земле,

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

связаны историей эволюции —

the origin of species through natural selection

происхождение видов путём естественного отбора

and divergence from an ancestral population.

и расхождение в развитии со своими предками.

Even as a scientist,

Став учёным,

I used to go to lectures by molecular biologists

я нередко посещал лекции молекулярных биологов

и они казались мне совершенно непонятными,

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

ведь для описания исследований использовался

сложный технический язык и жаргон,

that they would use in describing their work,

до тех пор пока я не встретил работы Дэвида Гудсела,

until I encountered the artworks of David Goodsell,

молекулярного биолога в институте Скрипс.

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

И его картины,

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

где всё точно и вымерено.

And his work illuminated for me

Его работы пролили свет на то,

what the molecular world inside us is like.

как выглядит молекулярный мир внутри нас.

Вот поперечное сечение крови.

So this is a transection through blood.

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

В верхнем левом углу вы видите жёлто-зелёную зону.

Жёлто-зелёная зона — плазма крови, которая состоит в основном из воды,

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

а также антител, сахара,

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

гормонов, и тому подобного.

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

Красная зона — слой красных кровяных клеток.

And those red molecules are hemoglobin.

А вот эти красные молекулы — гемоглобин.

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

Они на самом деле красные, именно они придают крови цвет.

А гемоглобин играет роль молекулярной губки,

And hemoglobin acts as a molecular sponge

он впитывает кислород в лёгких,

to soak up the oxygen in your lungs

и переносит его другим частям тела.

and then carry it to other parts of the body.

Много лет назад я был очень вдохновлён этим рисунком,

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

and I wondered whether we could use computer graphics

и спрашивал себя, можно ли использовать компьютерную графику

для воспроизведения молекулярного мира.

to represent the molecular world.

Как он будет выглядеть?

What would it look like?

And that's how I really began.

И вот с этого всё и началось. Давайте начнём.

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

Это ДНК в своей классической форме из двух спиралей.

Она воспроизведена с помощью рентгеновской кристаллографии

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

и является точной моделью ДНК.

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

Если мы раскрутим двойную спираль и разъединим две цепи,

вы увидите, что они похожи на зубы.

you see these things that look like teeth.

Это буквы генетического кода,

Those are the letters of genetic code,

25 000 генов, входящих в ДНК.

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

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

Вот о чем обычно говорят —

генетический код — именно об этом говорят.

this is what they're talking about.

Но я хочу поговорить о другом аспекте науки о ДНК

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

и это физическая сущность ДНК.

and that is the physical nature of DNA.

Это две цепи, которые движутся в противоположные стороны,

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

по причинам, в которые я не буду сейчас углубляться.

But they physically run in opposite directions,

Но они физически движутся в противоположных направлениях,

что добавляет много сложностей живым клеткам,

which creates a number of complications for your living cells,

в чем вы сейчас убедитесь,

as you're about to see,

а особенно при репликации ДНК.

most particularly when DNA is being copied.

And so what I'm about to show you

Я вам сейчас покажу

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

точное воспроизведение

настоящего репликационного устройства ДНК, которое сейчас работает внутри вашего тела,

that's occurring right now inside your body,

по крайней мере, согласно нашему пониманию в 2002-м.

at least 2002 biology.

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

ДНК вступает на производственную линию с левой стороны

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

и сталкивается с этой коллекцией маленьких биохимических устройств,

которые разрывают цепь ДНК и производят её точную копию.

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

Итак, ДНК входит, сталкивается

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

с голубой частицей в виде бублика

and it's ripped apart into its two strands.

и разрывается на две цепи.

Одна цепь может быть скопирована напрямую,

One strand can be copied directly,

и вы можете видеть, как эти частицы отсоединяются внизу.

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

Но для другой полосы всё не так просто,

But things aren't so simple for the other strand

потому что её нужно копировать в обратном направлении.

because it must be copied backwards.

Поэтому она несколько раз попадает в эти петли

So it's thrown out repeatedly in these loops

и копируется по одной секции за раз,

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

создавая две новых молекулы ДНК.

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

Представьте, сейчас внутри вас

работают миллиарды таких устройств,

copying your DNA with exquisite fidelity.

копируя вашу ДНК с высокой точностью.

Это реалистичное воспроизведение

It's an accurate representation,

и с практически той же скоростью, как и внутри вас.

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

Я пропущу коррекцию ошибок и некоторые другие вещи.

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

(Laughter)

Эта работа была сделана несколько лет назад.

This was work from a number of years ago--

Спасибо.

Thank you.

Эта работа была сделана несколько лет назад,

(Applause)

This is work from a number of years ago,

а то, что я покажу вам дальше, это современная наука, современные технологии.

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

it's updated technology.

Итак, мы снова начинаем с ДНК.

So again, we begin with DNA.

И она крутится и вертится из-за окружающего её молекулярного супа,

And it's jiggling and wiggling there

because of the surrounding soup of molecules,

который я убрал, чтобы вы смогли что-то увидеть.

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

Ширина ДНК около двух нанометров,

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

то есть на самом деле она очень маленькая.

Но в каждой из ваших клеток,

But in each one of your cells,

каждая цепь ДНК составляет от 30 до 40 миллионов нанометров в длину.

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,

Поэтому для того, чтобы сохранять организацию ДНК и регулировать доступ к генетическому коду,

она обвивает вот эти фиолетовые протеины —

it's wrapped around these purple proteins --

я выделил их фиолетовым цветом.

or I've labeled them purple here.

Она упакована и связана.

It's packaged up and bundled up.

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

Всё, что вы видите — это одна цепь ДНК.

This huge package of DNA is called a chromosome.

Вот эта большая упаковка ДНК называется хромосомой.

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

И мы вернёмся к хромосомам через минуту.

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

Мы вырываем, увеличиваем,

out through a nuclear pore,

выводим через ядерную пору,

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

которая является выходом в это отделение, где хранятся все ДНК,

called the nucleus.

и которое называется ядро.

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

Всё, что вы здесь видите,

это целый курс биологии, а у меня — 7 минут.

and I've got seven minutes,

Значит, у нас не получится заняться этим сегодня?

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

Нет, мне говорят «Нет».

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

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

Вот так выглядит живая клетка под микроскопом.

Это было снято замедленной съёмкой, поэтому вы можете видеть, как все движется.

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

Ядерная оболочка разрывается.

The nuclear envelope breaks down.

Вот эти частицы в форме сосисок — хромосомы, на них мы и обратим наше внимание.

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

Они совершают поразительные движения,

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

которые сфокусированы на этих маленьких красных точках.

Когда клетка чувствует, что она готова отделиться,

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

она разрывает хромосому на две части.

One set of DNA goes to one side,

Один набор ДНК отходит в одну сторону,

the other side gets the other set of DNA --

другой стороне достаётся другой набор ДНК,

identical copies of DNA.

идентичные копии ДНК.

And then the cell splits down the middle.

И затем клетка разрывается в середине.

And again, you have billions of cells undergoing this process

И повторю снова, внутри вас прямо сейчас

миллиарды клеток проходят через этот процесс.

right now inside of you.

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

Сейчас мы вернёмся назад и обратим внимание на хромосомы,

and look at its structure and describe it.

посмотрим на их структуру и опишем её.

Мы наблюдаем переломный момент.

So again, here we are at that equator moment.

Хромосомы выстраиваются в линию.

The chromosomes line up.

And if we isolate just one chromosome,

Давайте отделим одну хромосому,

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

мы её выделим и посмотрим на её структуру.

Итак, вот это одна из самых больших молекулярных структур, которые у нас есть,

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

по крайней мере, на настоящий момент исследований.

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

Вот это одна хромосома.

So this is a single chromosome.

В одной хромосоме у вас есть 2 цепи ДНК.

And you have two strands of DNA in each chromosome.

One is bundled up into one sausage.

Одна закручена в одну сосиску.

The other strand is bundled up into the other sausage.

Другая цепь закручена в другую сосиску.

Вот эти частицы, которые похожи на усы, торчащие с обеих сторон,

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

это движущаяся подложка клетки.

are the dynamic scaffolding of the cell.

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

Они называются микротрубочками. Это название не важно.

Обратите внимание на эту красную зону —

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

это взаимодействие

and it's the interface between the dynamic scaffolding

между динамической подложкой и хромосомами.

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

Это важное место для движения хромосом.

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

На самом деле мы не знаем, каким образом получается это движение.

Мы изучаем это явление, которое называется кинетохор,

We've been studying this thing they call the kinetochore

на протяжении ста лет, с проведением серьёзных исследований

for over a hundred years with intense study,

и мы только начинаем понимать, как всё происходит.

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

Она состоит из около 200 различных видов протеинов,

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

тысячи протеинов в сумме.

thousands of proteins in total.

It is a signal broadcasting system.

Это одна сигнальная широковещательная система.

It broadcasts through chemical signals,

Она вещает с помощью химических сигналов,

сообщая остальным элементам клетки, когда она готова,

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

when it feels that everything is aligned and ready to go

когда она чувствует, что всё согласовано и готово

for the separation of the chromosomes.

к отделению от хромосомы.

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

Она способна объединиться с растущими и уменьшающимися микротрубочками.

Она связана с увеличением микротрубочек,

It's involved with the growing of the microtubules,

и может ненадолго с ними объединяться.

and it's able to transiently couple onto them.

Это также сенсорная система готовности.

It's also an attention-sensing system.

Она может чувствовать, когда клетка готова отсоединиться

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

и когда хромосома расположена правильно.

when the chromosome is correctly positioned.

Здесь она становится зелёной,

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

потому что она чувствует, что все идёт правильно.

Посмотрите, здесь одна частица

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

все ещё красная.

that's still remaining red.

Она уходит вдоль по микротрубочке.

And it's walked away down the microtubules.

Это сигнальная широковещательная система посылает сигнал остановки.

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

Вот он ушёл. Смотрите, это сплошная механика.

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

Это молекулярный часовой механизм.

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

Вот как вы работаете на молекулярном уровне.

So with a little bit of molecular eye candy,

А вот эти красивые частицы молекулярного мира,

(Laughter)

это кинезины, здесь они оранжевые.

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

Это маленькие молекулярные курьеры, движущиеся в одном направлении.

Вот это динеин. Они поддерживают широковещательную систему.

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

И у них длинные ноги, чтобы преодолевать помехи.

And they've got their long legs

so they can step around obstacles and so on.

Повторю ещё раз, что всё это

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

воспроизведено точно, согласно науке.

Проблема в том, что мы не можем это показать никак иначе.

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,

Исследования на острие науки,

на границе человеческого понимания —

это сногсшибательно.

is mind-blowing.

Discovering this stuff

Открытие таких явлений, на самом деле,

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

хорошая причина чтобы работать в науке.

Но большинство медицинских исследований…

But most medical researchers --

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

Открытие таких явлений —

это просто маленькие шаги по дороге к большим целям:

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

избавится от болезней,

устранить страдания и бедствия, которые порождаются заболеваниями

and the misery that disease causes

и вытащить людей из нищеты.

and to lift people out of poverty.

Спасибо.

Thank you.

(Applause)

(Аплодисменты)