Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

Перекладач: Iryna Tehlivets Утверджено: Ruslan Savchuk

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

Те, що збираюсь Вам показати -

це вражаючи молекулярні машини,

that create the living fabric of your body.

які створюють живі тканини Вашого тіла.

Now molecules are really, really tiny.

Отож, молекули справді крихітні-крихітні.

І коли я кажу "крихітні",

And by tiny, I mean really.

ну... я серйозно!

They're smaller than a wavelength of light,

Вони менші, ніж світлові хвилі,

so we have no way to directly observe them.

тому ми не можемо напряму за ними спостерігати.

Але завдяки науці ми собі цілком непогано уявляємо,

But through science, we do have a fairly good idea

що ж відбувається на молекулярному рівні.

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

Отже, що ми можемо, так це розповісти Вам про молекули,

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.

але у нас нема можливості показати Вам справжні молекули.

Один з виходів - малювати малюнки.

One way around this is to draw pictures.

And this idea is actually nothing new.

І ця ідея насправді не нова.

Scientists have always created pictures

Науковці завжди створювали малюнки,

які були частиною процесу роздумів і відкриттів.

as part of their thinking and discovery process.

Вони малювали те, що спостерігали на власні очі

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

through technology like telescopes and microscopes,

за допомогою пристроїв, наприклад, телескопів чи мікроскопів,

і також те, про що вони думали.

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

I picked two well-known examples,

Я вибрав два відомі приклади,

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

тому що вони відомі як вираження науки через образотворче мистецтво.

Я почну з Галілея,

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

який користувався першим у світі телескопом,

щоб розглядати Місяць.

to look at the Moon.

And he transformed our understanding of the Moon.

І він змінив наше уявлення про Місяць.

The perception in the 17th century

У XVII столітті вважали,

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

що Місяць - ідеально кулясте небесне тіло.

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

Але Галілей побачив пустинний скелястий світ,

which he expressed through his watercolor painting.

що і відобразив у своїх акварельних малюнках.

Another scientist with very big ideas,

Ще один вчений з дуже великими ідеями,

суперзірка біології, - Чарльз Дарвін.

the superstar of biology is Charles Darwin.

Це славнозвісний вступ до його записника.

And with this famous entry in his notebook,

Він починає у лівому верхньому кутку словами "Я думаю",

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

а тоді креслить перше дерево життя,

and then sketches out the first tree of life,

which is his perception of how all the species,

тобто своє уявлення про те,

що всі види, всі живі істоти на Землі,

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

пов'язані еволюційною історією:

the origin of species through natural selection

основа видів у природному відборі

and divergence from an ancestral population.

і відмінності від передуючих популяцій.

Even as a scientist,

Навіть будучи науковцем,

I used to go to lectures by molecular biologists

мені доводилось бувати на лекціях молекулярних біологів,

і вони здавалися мені абсолютно незрозумілими,

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

з усіма цими вигадливими технічними термінами і жаргоном,

які вони використовують для опису своєї праці

that they would use in describing their work,

аж поки я не зустрів образотворчі праці Девіда Гудсела,

until I encountered the artworks of David Goodsell,

молекулярного біолога зі Скріппс Інстіт'ют [Scripps Institute],

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

На його малюнках

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

все чітко і з витриманими пропорціями.

And his work illuminated for me

І його роботи показали мені,

what the molecular world inside us is like.

як виглядає молекулярний світ всередині нас.

Це зображення крові.

So this is a transection through blood.

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

У верхньому лівому кутку у нас є жовто-зелена зона.

Жовто-зелена зона - це рідини крові, в основному, вода,

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

і антитіла, цукри,

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

гормони і таке інше.

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

А червона зона - це еритроцити,

And those red molecules are hemoglobin.

ці червоні молекули - це гемоглобін.

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

Вони насправді червоні, це вони надають крові забарвлення.

Гемоглобін діє, як молекулярна губка:

And hemoglobin acts as a molecular sponge

вбирає кисень у ваших легенях,

to soak up the oxygen in your lungs

і транспортує його до інших частин вашого тіла.

and then carry it to other parts of the body.

Багато років тому це зображення мене дуже надихнуло,

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

and I wondered whether we could use computer graphics

і мені стало цікаво, чи можемо ми використати комп'ютерну графіку,

щоб зобразити молекулярний світ.

to represent the molecular world.

Як би це виглядало?

What would it look like?

And that's how I really began.

О-так я насправді почав. Почнімо і ми.

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

Це ДНК у своїй класичні формі подвійної спіралі,

це її рентгенограма,

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

тому це точна модель ДНК.

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

Якщо ми розкрутимо подвійну спіраль і розщепимо ланцюжки,

ви побачити, що воно схоже на зуби.

you see these things that look like teeth.

А це є літери генетичного коду,

Those are the letters of genetic code,

25 000 генів, записаних у вашому ДНК.

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

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

Це те, про що зазвичай говорять, -

генетичний код - ось про що говориться.

this is what they're talking about.

Але я хочу поговорити про інший аспект науки про ДНК,

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

про фізичну природу ДНК.

and that is the physical nature of DNA.

Про ці два ланцюжки, які направлені в різні сторони

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

через причини, які я не можу прямо зараз пояснювати.

But they physically run in opposite directions,

Але вони фізично спрямовані в протилежних напрямках,

що створює певні труднощі для Ваших живих клітин -

which creates a number of complications for your living cells,

як ви зараз побачите -

as you're about to see,

особливо коли ДНК копіюється.

most particularly when DNA is being copied.

And so what I'm about to show you

Те,що я хочу Вам показати -

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

це точне зображення реального механізму

відтворення ДНК, яке зараз відбувається у Вашому тілі,

that's occurring right now inside your body,

принаймні, так вважають біологи у 2002 році.

at least 2002 biology.

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

Отже, ДНК входить на "потокову лінію" зліва

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

і вдаряє в оце скупчення, в цю мініатюрну біохімічну машину,

яка розщеплює ланцюжок ДНК і робить його точну копію.

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

Отже, молекула ДНК входить,

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

вдяряється у цю синю, пампухо-видну структуру,

and it's ripped apart into its two strands.

і її розривають на два ланцюжки.

Один ланцюжок можна скопіювати відразу,

One strand can be copied directly,

і ви можете бачити, як він розмотується внизу.

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

Але з другим ланцюжком все не так просто,

But things aren't so simple for the other strand

тому що його треба копіювати у зворотньому напрямку.

because it must be copied backwards.

Тому він затягується у петлю

So it's thrown out repeatedly in these loops

і копіюється частинами,

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

в результаті чого створюються дві молекули ДНК.

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

Зараз всередині Вас є

мільярди цих машин, вони працюють безперервно,

copying your DNA with exquisite fidelity.

відтоворюючи Вашу ДНК з вражаючою точністю.

Це точне відтвоворення,

It's an accurate representation,

і швидкість майже така ж, як у Вашому тілі.

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

Я не взяв до уваги похибку і ще деякі речі.

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

(Laughter)

Ця робота вже має кілька років.

This was work from a number of years ago--

Дякую.

Thank you.

Це була робота кількарічної давності,

(Applause)

This is work from a number of years ago,

але далі я покажу Вам сучасну науку, оновлені технології.

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

it's updated technology.

Отож, почнемо з ДНК.

So again, we begin with DNA.

Вона крутиться і вертиться в оточуючому супі інших молекул,

And it's jiggling and wiggling there

because of the surrounding soup of molecules,

який я забрав, щоб ви могли щось розгледіти.

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

ДНК завширшки приблизно 2 нанометри,

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

тобто, справді крихітна.

Але в кожній Вашій клітині

But in each one of your cells,

довжина кожного ланцюжка ДНК становить від 30 до 40 млн. нанометрів.

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,

Тому для в впорядкованості ДНК і регулювання доступу до генетичного коду

вона є обмотана навколо цих фіолетових білків,

it's wrapped around these purple proteins --

ну, тих, які є зробив фіолетовими тут.

or I've labeled them purple here.

Вона упаковані і поскладана.

It's packaged up and bundled up.

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

Все, що ми зараз оглядаємо - єдиний ланцюг ДНК.

This huge package of DNA is called a chromosome.

Цей велетенське нагромадження ДНК називається хромосомою.

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

Ми повернемось до хромосом через мить.

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

Ми віддаляємось, виштовхуємось

out through a nuclear pore,

через нуклеопору,

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

яке є входом у цей відділ, який вміщує всю ДНК

called the nucleus.

і зветься ядро.

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

Оце все, що ми бачимо -

це приблизно семестр біології, а у мене - 7 хвилин.

and I've got seven minutes,

То що, ми сьогодні закінчити не зможемо?

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

-Ні, - мені кажуть, - ні...

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

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

Так виглядає жива клітина під оптичним мікроскопом.

Вона була знята покадрово, тому ви можете бачити, як вона рухається.

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

Ядерна мембрана руйнується.

The nuclear envelope breaks down.

Ці сосиско-подібні штуки - це хромосоми, і ми зосередимося на них.

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

Вони весь час перебувають у цьому дивовижному русі,

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

концентруючись на цих червоних плямках.

Коли клітина готова,

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

вона розриває хромосому.

One set of DNA goes to one side,

Один набір ДНК йде в одну сторону,

the other side gets the other set of DNA --

інша сторона отримує другий набір ДНК -

identical copies of DNA.

ці набори ДНК ідентичні.

And then the cell splits down the middle.

А тоді клітина ділиться посередині.

And again, you have billions of cells undergoing this process

І, знову ж таки, усередні Вас є мільярди клітин,

які проходять цей процес зараз.

right now inside of you.

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

Зараз ми відмотаємо і зосередимося на хромосомах,

and look at its structure and describe it.

розглянемо їхню структуру і опишемо її.

Отже, знову момент перед поділом.

So again, here we are at that equator moment.

Хромосоми вишиковуються.

The chromosomes line up.

And if we isolate just one chromosome,

Зараз ми виберемо одну хромосому,

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

виокремимо її і подивимось на її будову.

Отож, це одна з найбільших молекулярних структур, які у Вас є,

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

принаймні, серед тих, які ми виявили всередині нас.

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

Оце - одна хромосома.

So this is a single chromosome.

Хромосома складається з двох частин-ланцюжків ДНК.

And you have two strands of DNA in each chromosome.

One is bundled up into one sausage.

Один скручений в одну сосиску,

The other strand is bundled up into the other sausage.

другий - в іншу.

Ці "вусики", які стирчать з обох сторін, -

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

це динамічне риштування клітини.

are the dynamic scaffolding of the cell.

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

Вони називаються мікротрубочками. Але ця назва не має значення.

ми зосередимося на цьому червоному регіоні - я його виділив червоним -

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

це поверхня поділу

and it's the interface between the dynamic scaffolding

між динамічним риштуванням і хромосомами.

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

Очевидно, що вона є найважливішою для руху молекул.

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

Ми не маємо уявлення, як цей рух досягається.

ми вивчали ці штучки - їх називають кінетохорами -

We've been studying this thing they call the kinetochore

більш ніж сто років в інтенсивному режимі,

for over a hundred years with intense study,

ми ще тільки починаємо розуміти, про що ж тут йдеться.

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

Він складається з біля 200 різних видів білків,

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

в сумі - тисячі білків.

thousands of proteins in total.

It is a signal broadcasting system.

Це система транслювання сигналів,

It broadcasts through chemical signals,

яка передає хімічні сигнали,

які повідомляють решті клітини,

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

when it feels that everything is aligned and ready to go

коли все готове і налашоване

for the separation of the chromosomes.

до поділу хромосом.

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

Він здатний з'єднуватися з мікротрубочками.

Він бере участь у зростанні мікротрубочок,

It's involved with the growing of the microtubules,

маючи здатність тимчасово з ними з'єднуватись.

and it's able to transiently couple onto them.

Це також система зондування клітини -

It's also an attention-sensing system.

він здатний відчути, коли клітина готова,

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

коли хромосоми правильно розміщені.

when the chromosome is correctly positioned.

Тут він стає зеленим,

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

тому що відчуває, що все готово.

і, зверніть увагу,що незначна частина,

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

яка все ще залишається червоною.

that's still remaining red.

Вона рухається вздовж мікротрубочок.

And it's walked away down the microtubules.

Так система транслювання передає стопсигнал.

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

Ось вони пішли геть. Я хочу сказати: це механічний процес.

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

Це як молекулярний годинниковий механізм.

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

Так Ви працюєте на молекулярному рівні.

So with a little bit of molecular eye candy,

Отже, щоб побалувати наші очі,

(Laughter)

у нас тут є кінезини, ці оранжеві.

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

Вони є маленькими молекулами-кур'єрами, які йдуть в одну сторону.

А ось динеїн. Він виконує функцію транслювання.

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

Вони мають довгі ноги, щоб мати змогу переступати через перешкоди.

And they've got their long legs

so they can step around obstacles and so on.

І, знову ж таки, це все передано

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

з науковою точністю.

Справа в тому, що ми не можемо ніяким іншим чином Вам цього показати.

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,

Дослідження на межі науки

і на межі людського розуміння

є приголомшливими.

is mind-blowing.

Discovering this stuff

Відкрити ці речі є,

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

звичайно, приємним стимулом займатись наукою.

Але більшість медичних досліджень,

But most medical researchers --

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

відкриттів - це

просто кроки на шляху до великих цілей:

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

викоренити хвороби,

знищити страждання і нещастя, викликані хворобами,

and the misery that disease causes

і визволити людей від злиднів.

and to lift people out of poverty.

Дякую

Thank you.

(Applause)

(оплески)