Animations of unseeable biology | Drew Berry | TED

Drew Berry: Hình ảnh động của sinh học không thể nhìn thấy.

Translator: Van Pham Reviewer: Duc Nguyen

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

Thứ tôi sắp sửa cho các bạn xem

là những cỗ máy phân tử kỳ diệu

that create the living fabric of your body.

đã tạo ra toàn bộ cơ cấu sự sống của cơ thể các bạn.

Now molecules are really, really tiny.

Những phân tử này thực sự, thực sự nhỏ xíu.

Và khi tôi nói là nhỏ xíu,

And by tiny, I mean really.

thì chúng thực sự như vậy.

They're smaller than a wavelength of light,

Chúng còn nhỏ hơn một bước sóng ánh sáng,

so we have no way to directly observe them.

vì vậy chúng ta không thể quan sát chúng trực tiếp.

Nhưng qua khoa học, chúng ta vẫn có thể biết được tương đối tốt

But through science, we do have a fairly good idea

chuyện gì đang xảy ra ở mức độ phân tử.

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

Vì thế những gì chúng tôi có thể làm là kể với các bạn về những phân tử này,

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.

nhưng chúng tôi lại không có cách nào giúp bạn nhìn trực tiếp những phân tử đó.

Có một cách khác để làm việc này là vẽ.

One way around this is to draw pictures.

And this idea is actually nothing new.

Và ý tưởng này thực sự không mới.

Scientists have always created pictures

Các nhà khoa học vẫn luôn tạo ra những bức vẽ

như là một phần của quá trình suy nghĩ và khám phá của họ.

as part of their thinking and discovery process.

Họ vẽ ra những thứ họ đang quan sát dưới con mắt của họ,

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

through technology like telescopes and microscopes,

thông qua những thiết bị như kính thiên văn và kính hiển vi,

cũng như những gì họ đang nghĩ trong đầu.

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

I picked two well-known examples,

Tôi xin lấy hai ví dụ nổi tiếng,

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

chúng rất nổi tiếng về sự biểu đạt khoa học thông qua nghệ thuật.

Đầu tiên là Galileo

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

người đã sử dụng kính thiên văn đầu tiên trên thế giới

để quan sát Mặt Trăng.

to look at the Moon.

And he transformed our understanding of the Moon.

Và ông đã thay đổi nhận thức của chúng ta về Mặt Trăng.

The perception in the 17th century

Theo quan niệm ở thế kỷ 17 thì

was the Moon was a perfect heavenly sphere.

Mặt Trăng là một trái cầu hoàn hảo.

But what Galileo saw was a rocky, barren world,

Nhưng cái mà Galileo nhìn thấy lại là một vùng đất cằn cỗi và nhiều đá,

which he expressed through his watercolor painting.

như ông đã diễn tả qua những bức tranh mầu nước của mình.

Another scientist with very big ideas,

Một nhà khoa học với những ý tưởng rất lớn khác,

một siêu sao của ngành sinh học, là Charles Darwin.

the superstar of biology is Charles Darwin.

Ở mục ghi chép nổi tiếng trong cuốn sổ của ông,

And with this famous entry in his notebook,

ông bắt đầu ở góc trái với, "Tôi nghĩ là",

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

rồi phác họa ra cây sự sống đầu tiên,

and then sketches out the first tree of life,

which is his perception of how all the species,

mà đồng thời cũng là quan điểm của ông

về mối liên hệ giữa các loài, các sinh vật trên Trái đất,

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

thông qua lịch sử tiến hóa --

the origin of species through natural selection

nguồn gốc của muôn loài qua chọn lọc tự nhiên

and divergence from an ancestral population.

và sự phân nhánh từ một quần thể tổ tiên ban đầu.

Even as a scientist,

Mặc dù cũng là một nhà khoa học,

I used to go to lectures by molecular biologists

nhưng khi nghe bài giảng của các nhà sinh học phân tử

tôi đã hoàn toàn không hiểu gì,

and find them completely incomprehensible,

with all the fancy technical language and jargon

với tất cả những ngôn ngữ kỹ thuật mầu mè và các biệt ngữ

mà họ sử dụng để nói về công việc của họ,

that they would use in describing their work,

cho đến khi tôi thấy những bức ảnh minh họa của David Goodsell,

until I encountered the artworks of David Goodsell,

một nhà sinh học phân tử ở viện Scripps.

who is a molecular biologist at the Scripps Institute.

Và các bức hình của ông,

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

tất cả đều chính xác và đúng tỷ lệ.

And his work illuminated for me

Những bức vẻ của ông đã giúp tôi thấy rõ

what the molecular world inside us is like.

thế giới phân tử bên trong chúng ta như thế nào.

Đây là một lát cắt ngang qua mạch máu.

So this is a transection through blood.

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

Ở góc trái trên cùng, bạn nhìn thấy khu vực màu xanh vàng này.

Đó là huyết tương, với nước là chủ yếu,

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

nhưng cũng có cả kháng thể, đường,

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

hoóc môn, những thứ đại loại vậy.

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

Và vùng màu đỏ là một lát cắt của một tế bào hồng cầu.

And those red molecules are hemoglobin.

Những phân tử màu đỏ là hemoglobin.

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

Chúng có màu đỏ; và vì vậy tạo nên màu đỏ của máu.

Và hemoglobin hoạt động như một miếng xốp phân tử

And hemoglobin acts as a molecular sponge

hấp thu khí oxi từ phổi của bạn

to soak up the oxygen in your lungs

rồi vận chuyển nó tới những bộ phận khác của cơ thể.

and then carry it to other parts of the body.

Bức ảnh này đã gây cảm hứng mạnh mẽ cho tôi từ nhiều năm trước,

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

and I wondered whether we could use computer graphics

và tôi tự hỏi liệu chúng ta có thể sử dụng đồ họa máy tính

để miêu tả thế giới phân tử.

to represent the molecular world.

Nó sẽ trông như thế nào?

What would it look like?

And that's how I really began.

Và đó là khi tôi bắt đầu ý tưởng. Vậy ta hãy bắt đầu.

So let's begin.

This is DNA in its classic double helix form.

Đây là ADN ở dạng chuỗi xoắn kép.

Và nó được xác định bởi tinh thể học tia X,

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

cho nên mô hình này khá là chuẩn.

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

Giờ nếu chúng ta tháo chuỗi xoắn kép và mở tách hai chuỗi ra,

chúng ta sẽ nhìn thấy chúng giống như hàm răng.

you see these things that look like teeth.

Đó là những ký tự của mã di truyền,

Those are the letters of genetic code,

là 25,000 gen được viết vào phân tử ADN của bạn.

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

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

Đây là cái mà chúng ta vẫn luôn nói về --

mã di truyền -- đây là cái chúng ta đang thảo luận.

this is what they're talking about.

Nhưng tôi muốn nói về một khía cạnh khác của khoa học ADN,

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

và đó là bản chất vật lý của ADN.

and that is the physical nature of DNA.

Đó là 2 chuỗi này chạy theo 2 hướng ngược nhau

It's these two strands that run in opposite directions

for reasons I can't go into right now.

vì những lý do mà tôi không đi vào chi tiết lúc này.

But they physically run in opposite directions,

Nhưng chúng chạy theo hai hướng ngược chiều nhau,

dẫn tới rất nhiều sự phức tạp trong tế bào cơ thể,

which creates a number of complications for your living cells,

mà các bạn sắp sửa thấy đây,

as you're about to see,

cụ thể nhất là khi ADN bắt đầu được sao chép.

most particularly when DNA is being copied.

And so what I'm about to show you

Và bởi vậy cái mà tôi sẽ cho bạn xem

is an accurate representation of the actual DNA replication machine

là một sự miêu tả chính xác

về hoạt động thật sự của bộ máy sao chép DNA đang xảy ra bên trong bạn,

that's occurring right now inside your body,

ít nhất là vẫn còn đúng vào năm 2002.

at least 2002 biology.

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

Và đây là ADN đang đi vào phạm vi sản xuất từ phía bên trái,

and it hits this collection, these miniature biochemical machines,

và đâm vào khu vực tập hợp những bộ máy hóa sinh nhỏ,

mà đang kéo tách một phần chuỗi ADN và tạo ra một bản copy chính xác.

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

Vậy là ADN đi vào

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

và chạm vào kết cấu mầu xanh hình bánh rán

and it's ripped apart into its two strands.

rồi bị xé thành hai chuỗi.

Một chuỗi có thể được sao chép một cách trực tiếp,

One strand can be copied directly,

và bạn có thể nhìn thấy chúng đang được cuộn vào cho tới tận cùng đây.

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

Nhưng mọi sự không hề đơn giản cho chuỗi còn lại

But things aren't so simple for the other strand

bởi vì nó phải được sao chép theo hướng ngược lại.

because it must be copied backwards.

Vậy là nó bị quẳng ra ngoài một cách lặp đi lặp lại qua những vòng này

So it's thrown out repeatedly in these loops

và mỗi lần như vậy lại được sao chép một phần,

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

để tạo ra hai phân tử ADN mới.

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

Giờ bạn có hàng tỷ những cỗ máy này

đang làm việc ngay lúc này bên trong bạn,

copying your DNA with exquisite fidelity.

sao chép ADN của bạn với độ tin cậy cao.

Đây là một sự miêu tả chính xác,

It's an accurate representation,

và rất gần với tốc độ chính xác những gì đang xảy ra bên trong bạn.

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

Dù tôi đã bỏ sót quá trình sửa lỗi và nhiều thứ khác.

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

(Laughter)

Đây là công trình từ nhiều năm về trước.

This was work from a number of years ago--

Cảm ơn.

Thank you.

Công trình này đã cũ rồi,

(Applause)

This is work from a number of years ago,

nhưng thứ tôi sẽ cho các bạn xem sau đây là công nghệ khoa học đã được cập nhật.

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

it's updated technology.

Nào hãy bắt đầu lại với ADN.

So again, we begin with DNA.

Và nó đang lắc lư và xóc xóc nhẹ bởi vì xung quanh nó là rất nhiều phân tử khác,

And it's jiggling and wiggling there

because of the surrounding soup of molecules,

mà giờ tôi sẽ dẹp đi để bạn có thể nhìn thấy thứ gì đó.

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

ADN chỉ rộng cỡ khoảng 2 nm

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

nó rất nhỏ.

Nhưng bên trong mỗi tế bào của bạn,

But in each one of your cells,

mỗi chuỗi ADN dài khoảng 30 - 40 triệu nm.

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,

Bởi vậy để giữ cho ADN ở trạng thái có tổ chức và để điều khiển việc tiếp cận mã di truyền,

nó được cuốn quanh những phân tử protein mầu tím này --

it's wrapped around these purple proteins --

tôi đã đánh dấu mầu tím ở đây.

or I've labeled them purple here.

Nó được gói ghém và bó lại.

It's packaged up and bundled up.

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

Và cái chúng ta đang nhìn là một chuỗi đơn ADN.

This huge package of DNA is called a chromosome.

Gói ADN lớn này được gọi là nhiễm sắc thể.

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

Chúng ta sẽ nói về nhiễm sắc thể sau một phút.

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

Giờ chúng ta đang gỡ ra, thu nhỏ lại,

out through a nuclear pore,

nhìn qua một lỗ hổng của nhân,

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

mà chính là cổng để tới nơi đang giữ tất cả ADN

called the nucleus.

và ta gọi nơi đó là nhân tế bào.

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

Tất cả những gì chúng ta nhìn thấy

có giá trị ngang với một học kỳ của môn sinh học, và tôi chỉ gói trong 7 phút.

and I've got seven minutes,

Chẳng lẽ ngày nay chúng ta sẽ không thể làm được điều này?

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

Và tôi được trả lời là "Không thể."

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

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

Đây là tế bào sống được nhìn qua một chiếc kính hiển vi.

Và nó đã được quay thành phim, bởi vậy mà bạn nhìn thấy nó đang chuyển động.

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

Vỏ nhân bị phá hủy.

The nuclear envelope breaks down.

Và những thứ có hình xúc xích này là nhiễm sắc thể, và chúng ta sẽ chú ý tới chúng.

These sausage-shaped things are the chromosomes,

and we'll focus on them.

Chúng trải qua một sự chuyển động cực kỳ ấn tượng

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

mà được tập trung ở những chấm đỏ này.

Khi tế bào cảm thấy nó đã sẵn sàng,

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

nó sẽ xé nhiễm sắc thể làm đôi.

One set of DNA goes to one side,

Một bộ ADN sẽ tới một phía,

the other side gets the other set of DNA --

và bộ ADN còn lại sẽ tới phía kia --

identical copies of DNA.

đó là hai bản giống nhau của ADN.

And then the cell splits down the middle.

Và sau đó tế bào chia cắt ở giữa.

And again, you have billions of cells undergoing this process

Và tiếp tục, chúng ta có hàng tỷ tế bào

đang thực hiện quá trình này ngay bên trong bạn.

right now inside of you.

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

Giờ chúng ta tua lại đoạn phim và chỉ tập trung vào nhiễm sắc thể,

and look at its structure and describe it.

quan sát cấu trúc và miêu tả nó.

Nào bây giờ chúng ta đang ở mặt phẳng xích đạo.

So again, here we are at that equator moment.

Các nhiễm sắc thể xếp thành hàng dọc.

The chromosomes line up.

And if we isolate just one chromosome,

Và nếu chúng ta tách một nhiễm sắc thể,

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

chúng ta sẽ kéo nó ra và nhìn vào cấu trúc của nó.

Đây là một trong những cấu trúc phân tử lớn nhất trong cơ thể bạn,

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

ít nhất là với những gì chúng ta hiện giờ biết được.

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

Và đây là một nhiễm sắc thể đơn.

So this is a single chromosome.

Và bạn có hai chuỗi ADN trong mỗi nhiễm sắc thể.

And you have two strands of DNA in each chromosome.

One is bundled up into one sausage.

Một chuỗi bó lại thành một chiếc xúc xích.

The other strand is bundled up into the other sausage.

Chuỗi kia bó lại thành một chiếc xúc xích khác.

Còn những thứ mà trông giống như lông mèo mà đang vắt qua từ hai phía tế bào

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

là những giàn giáo linh động nâng đỡ tế bào.

are the dynamic scaffolding of the cell.

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

Chúng được gọi là vi ống. Tên không quan trọng lắm.

Cái mà chúng ta cần chú ý là khu vực đỏ này -- Tôi dán nhãn đỏ ở đây --

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

và đó là mặt phân giới

and it's the interface between the dynamic scaffolding

giữa hệ vi ống và nhiễm sắc thể.

and the chromosomes.

It is obviously central to the movement of the chromosomes.

Nó hiển nhiên là trung tâm cho sự chuyển động của nhiễm sắc thể.

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

Và chúng ta không biết thực sự nó đạt được sự chuyển động này bằng cách nào.

Chúng ta đã tập trung nghiên cứu rất sâu

We've been studying this thing they call the kinetochore

cái gọi là vùng gắn thoi (kinetochore) hơn 100 năm nay rồi,

for over a hundred years with intense study,

và chúng ta vẫn mới chỉ bắt đầu khám phá nó thực sự là cái gì.

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

Đó là một tập hợp của hơn 200 loại protein khác nhau,

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

tổng cộng là hàng ngàn protein.

thousands of proteins in total.

It is a signal broadcasting system.

Nó là một hệ thống truyền tín hiệu.

It broadcasts through chemical signals,

Nó truyền tin thông qua những tín hiệu hóa học

để nói với phần còn lại của tế bào khi nào nó sẵn sàng,

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

when it feels that everything is aligned and ready to go

khi nào nó cảm thấy mọi thứ đã được sắp xếp và sẵn sàng để bắt đầu

for the separation of the chromosomes.

quá trình phân chia nhiễm sắc thể.

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

Nó có thể nối các sợi vi ống đang trải rộng và co ngắn với nhau.

Nó cũng tham gia vào quá trình phát triển các vi ống,

It's involved with the growing of the microtubules,

và có thể nhất thời gắn vào vi ống.

and it's able to transiently couple onto them.

Nó cũng là một hệ thống cảm biến.

It's also an attention-sensing system.

Nó có thể cảm giác được khi nào thì tế bào đã sẵn sàng,

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

khi nào nhiễm sắc thể đã xếp hàng ở đúng vị trí.

when the chromosome is correctly positioned.

Nó đang chuyển sang màu xanh ở đây

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

vì nó cảm thấy tất cả mọi thứ đã chín muồi.

Và bạn sẽ thấy, vẫn còn một chút xíu ở đây

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

vẫn còn nguyên màu đỏ.

that's still remaining red.

Và nó được đưa dọc xuống vi ống.

And it's walked away down the microtubules.

Đó là hệ thống truyền tín hiệu đang phát đi tín hiệu ngừng.

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

Và nó đã được đưa đi. Ý tôi là, nó khá máy móc.

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

Nó giống một chiếc đồng hồ phân tử.

It's molecular clockwork.

This is how you work at the molecular scale.

Và đây là những gì đang hoạt động ở cấp độ phân tử.

So with a little bit of molecular eye candy,

Và để cho vào một chút khiếu thẩm mỹ,

(Laughter)

chúng ta có kinesin, những thứ có mầu da cam.

we've got kinesins, the orange ones.

They're little molecular courier molecules walking one way.

Chúng là những phân tử chuyển phát nhanh chỉ đi theo một chiều.

Và đây là dynein. Chúng vận chuyển hệ thống truyền tin đó.

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

Và chúng có những đôi chân dài để có thể bước qua những chướng ngại vật.

And they've got their long legs

so they can step around obstacles and so on.

Và một lần nữa, tất cả đều đã được tạo ra một cách chính xác

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

từ khoa học.

Vấn đề là chúng tôi không thể giúp bạn nhìn thấy bằng bất cứ cách nào khác.

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,

Khám phá tại giới hạn của khoa học,

ở ngưỡng cửa của sự hiểu biết của con người

là một thử thách hấp dẫn.

is mind-blowing.

Discovering this stuff

Việc khám phá ra công cụ này

is certainly a pleasurable incentive to work in science.

chắc chắn sẽ là một động lực thú vị cho nghiên cứu khoa học.

Nhưng với hầu hết những nhà nghiên cứu y khoa --

But most medical researchers --

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

việc khám phá ra công cụ này

đơn giản chỉ là những bước trên con đường tới những mục tiêu lớn

which are to eradicate disease, to eliminate the suffering

để quét sạch bệnh tật,

loại bỏ những đau đớn và khốn khổ mà bệnh tật gây ra

and the misery that disease causes

và đưa con người thoát khỏi đói nghèo.

and to lift people out of poverty.

Xin cảm ơn.

Thank you.

(Applause)

(Tiếng vỗ tay)