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TEDxSydney

Drew Berry: Animations of unseeable biology

ドリュー・ベリー「不可視な超微小生物世界のCG」

Filmed:

分子や分子の動作を直接観察する方法はありません。ドリュー・ベリーはこれを変えるため、研究者がこれまで観察できなかった細胞内で起こる変化の過程をCGにしました。TEDxSydney で紹介する アニメーションは科学的に正確なだけでなく見る人を楽しませてくれます。——Translated into Japanese by Akinori Oyama / Reviewed by Akiko Hicks

- Biomedical animator
Drew Berry creates stunning and scientifically accurate animations to illustrate how the molecules in our cell move and interact. Full bio

What I'm going to show you
皆さんにお見せするのは
00:15
are the astonishing molecular machines
人体の生体組織を造っている
00:17
that create the living fabric of your body.
驚くべき分子マシンです
00:21
Now molecules are really, really tiny.
分子は非常に非常に小さいのです
00:24
And by tiny,
本当に
00:27
I mean really.
かなり小さいのです
00:29
They're smaller than a wavelength of light,
光の波長より小さいので
00:31
so we have no way to directly observe them.
直接見ることはできません
00:33
But through science, we do have a fairly good idea
でも科学のおかげで小さな分子の世界で
00:36
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
00:38
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
00:41
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
00:44
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
00:47
And this idea is actually nothing new.
決して目新しいものではありません
00:50
Scientists have always created pictures
科学者達はこれまでも
00:52
as part of their thinking and discovery process.
考えや発見の段階で絵を使ってきました
00:54
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
00:57
through technology like telescopes and microscopes,
頭の中で考えている事を
01:00
and also what they're thinking about in their minds.
絵に描きました
01:02
I picked two well-known examples,
アートで科学を表現する
01:05
because they're very well-known for expressing science through art.
という点で有名な2つの例をご紹介します
01:07
And I start with Galileo
まずはガリレオ
01:10
who used the world's first telescope
世界初の望遠鏡で
01:12
to look at the Moon.
月をみた人物ですよね
01:14
And he transformed our understanding of the Moon.
月の知識を一変させました
01:16
The perception in the 17th century
17世紀当時 月は完璧な
01:18
was the Moon was a perfect heavenly sphere.
美しい球体だとされていましたが
01:20
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
01:22
which he expressed through his watercolor painting.
彼はそれを水彩画で表現しました
01:25
Another scientist with very big ideas,
もう一人は チャールズ・ダーウィンです
01:28
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
01:30
And with this famous entry in his notebook,
この有名なスケッチの左上には
01:33
he begins in the top left-hand corner with, "I think,"
「私の考えでは」とありそれから
01:35
and then sketches out the first tree of life,
最初の生命の樹が描かれています
01:38
which is his perception
地球上の全生物が
01:41
of how all the species, all living things on Earth,
進化過程でどう繋がっているか
01:43
are connected through evolutionary history --
という彼の説を表しています
01:45
the origin of species through natural selection
祖先からの多様化と
01:48
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
01:50
Even as a scientist,
ところで 科学者の私でさえ
01:53
I used to go to lectures by molecular biologists
分子生物学の講義を受けては
01:55
and find them completely incomprehensible,
研究の説明に専門用語や特殊用語が頻出し
01:57
with all the fancy technical language and jargon
内容が全く理解できない
02:00
that they would use in describing their work,
と感じることが よくありました
02:02
until I encountered the artworks of David Goodsell,
そんな時分子生物学者デイヴィッド・グッドセルの
02:04
who is a molecular biologist at the Scripps Institute.
美術作品に出会いました
02:07
And his pictures,
彼の絵は 構造も縮尺も
02:10
everything's accurate and it's all to scale.
正確に表現されています
02:12
And his work illuminated for me
体内の分子世界がどうなっているのかが
02:14
what the molecular world inside us is like.
彼の作品では理解できました
02:17
So this is a transection through blood.
例えば 血液の断面図です
02:19
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
02:22
The yellow-green area is the fluids of blood, which is mostly water,
これは血液の流体でほとんどが水ですが
02:24
but it's also antibodies, sugars,
免疫体 糖 ホルモン等を
02:27
hormones, that kind of thing.
含んでいます
02:29
And the red region is a slice into a red blood cell.
赤色の所は赤血球の断面で
02:31
And those red molecules are hemoglobin.
赤い分子はヘモグロビンです
02:33
They are actually red; that's what gives blood its color.
血液が赤いのはこのためです
02:35
And hemoglobin acts as a molecular sponge
ヘモグロビンは分子のスポンジの役割をし
02:37
to soak up the oxygen in your lungs
酸素を肺で吸収し
02:39
and then carry it to other parts of the body.
体全体に運びます
02:41
I was very much inspired by this image many years ago,
私は何年も前に この絵に刺激され
02:43
and I wondered whether we could use computer graphics
コンピューターグラフィックを用いて
02:46
to represent the molecular world.
分子の世界を表現できないか考えました
02:48
What would it look like?
どう見えるだろうなぁって
02:50
And that's how I really began. So let's begin.
そこから始めたんです ではいきますよ
02:52
This is DNA in its classic double helix form.
ご存知の2重螺旋のDNA
02:55
And it's from X-ray crystallography,
こちらX線解析によるもので
02:57
so it's an accurate model of DNA.
正確なDNAのモデルです
02:59
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
03:01
you see these things that look like teeth.
歯のようなものが現れます
03:03
Those are the letters of genetic code,
これは遺伝子コードの文字列で
03:05
the 25,000 genes you've got written in your DNA.
25,000のヒトの遺伝子をDNA上に書いています
03:07
This is what they typically talk about --
遺伝子コードってよく耳にしますね
03:10
the genetic code -- this is what they're talking about.
ご覧のこれがまさにそれなんです
03:12
But I want to talk about a different aspect of DNA science,
ここではDNA科学の違った側面_
03:14
and that is the physical nature of DNA.
DNAの物理的な性質をお話します
03:16
It's these two strands that run in opposite directions
これは逆向きに並んでいる2本の鎖です
03:19
for reasons I can't go into right now.
細かい理由は省きますが
03:22
But they physically run in opposite directions,
鎖の方向性が逆になっているため
03:24
which creates a number of complications for your living cells,
私たちの細胞にとって不便なことが起こります
03:26
as you're about to see,
ご覧になればわかりますが
03:29
most particularly when DNA is being copied.
特にDNAの複写時に面倒なことが起こります
03:31
And so what I'm about to show you
次の画像は 今まさに
03:34
is an accurate representation
皆さんの体内でも活動している
03:36
of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body,
DNA複製機の正確なモデルです
03:38
at least 2002 biology.
2002年時点の生物学ですが
03:41
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、
03:44
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
03:47
that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.
超小型 生物化学装置に達します
03:50
So DNA comes in
DNAが入ってきて
03:53
and hits this blue, doughnut-shaped structure
ドーナツ型の青い部分にあたると
03:55
and it's ripped apart into its two strands.
鎖は2本に引き裂かれます
03:57
One strand can be copied directly,
片方の鎖は直接複写され
03:59
and you can see these things spooling off to the bottom there.
下の方へ巻き落ちて行きますが
04:01
But things aren't so simple for the other strand
もう片方の鎖では そう単純にはいきません
04:04
because it must be copied backwards.
前後逆に複製する必要があるからです
04:06
So it's thrown out repeatedly in these loops
繰り返し この様なループにされ
04:08
and copied one section at a time,
一部ごと複写されて
04:10
creating two new DNA molecules.
2セットの二本鎖DNA分子が造られます
04:12
Now you have billions of this machine
今こうしている間もあなたの体内で
04:15
right now working away inside you,
何十億個ものこの機械が活動し
04:18
copying your DNA with exquisite fidelity.
精巧かつ完全な複製を作っています
04:20
It's an accurate representation,
正確に表現できています
04:22
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
04:24
I've left out error correction and a bunch of other things.
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
04:27
This was work from a number of years ago.
ここまでは数年前の作品です
04:32
Thank you.
ありがとうございます
04:34
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
04:36
but what I'll show you next is updated science, it's updated technology.
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
04:39
So again, we begin with DNA.
今回も DNAから始めましょう
04:42
And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules,
通常は分子を含んだ液体の中で振動していますが
04:44
which I've stripped away so you can see something.
見やすいように液体を取り除きました
04:47
DNA is about two nanometers across,
DNAの幅は約2ナノメートルで
04:49
which is really quite tiny.
とても小さいのですが
04:51
But in each one of your cells,
私たちの細胞内のDNAは
04:53
each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.
3千から4千ナノメートルの長さがあります
04:55
So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,
DNAをまとめ 遺伝子コードへのアクセスを制限するために
04:59
it's wrapped around these purple proteins --
タンパク質が周りを包んでいます
05:02
or I've labeled them purple here.
ここでは紫色で現されています
05:04
It's packaged up and bundled up.
包まれて束ねられています
05:06
All this field of view is a single strand of DNA.
画面全体に広がるのはたった1本のDNAなんですよ
05:08
This huge package of DNA is called a chromosome.
この巨大なDNAの包みが染色体です
05:11
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
05:14
We're pulling out, we're zooming out,
ズームアウトして
05:17
out through a nuclear pore,
全DNAを含む
05:19
which is the gateway to this compartment that holds all the DNA
細胞核という所から 核膜孔を抜けて
05:21
called the nucleus.
出て見ましょう
05:24
All of this field of view
ちなみに映っているものは
05:26
is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes.
生物のクラス 一学期分に値しますが 7分しかないので
05:28
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?
05:31
No, I'm being told, "No."
「駄目」だそうです
05:34
This is the way a living cell looks down a light microscope.
光学顕微鏡で覗くと細胞はこう見えます
05:37
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
05:40
The nuclear envelope breaks down.
核膜が破れました
05:43
These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them.
ソーセージのような形のが染色体で ここを中心に見ていきます
05:45
They go through this very striking motion
染色体が著しい動きをしている
05:48
that is focused on these little red spots.
箇所が赤い部分に集中しています
05:50
When the cell feels it's ready to go,
細胞分裂の準備が整うと
05:53
it rips apart the chromosome.
染色体は2つに分かれ
05:56
One set of DNA goes to one side,
一組のDNAセットは一方へ
05:58
the other side gets the other set of DNA --
もう一組は他方へ行きます
06:00
identical copies of DNA.
複製した全く同じDNAです
06:02
And then the cell splits down the middle.
そして細胞が真ん中で分離します
06:04
And again, you have billions of cells
繰り返しますが今も体内では
06:06
undergoing this process right now inside of you.
何十億という細胞がこうして分裂しています
06:08
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
06:11
and look at its structure and describe it.
構造を見て 解説しましょう
06:14
So again, here we are at that equator moment.
分裂の瞬間に戻ってきました
06:16
The chromosomes line up.
染色体が並んでいます
06:19
And if we isolate just one chromosome,
1つの染色体を取り出して
06:21
we're going to pull it out and have a look at its structure.
構造を見てみましょう
06:23
So this is one of the biggest molecular structures that you have,
これは現在の生物学上 体内で
06:25
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
06:28
So this is a single chromosome.
これが1つの染色体で
06:32
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
06:34
One is bundled up into one sausage.
一方は1つのソーセージに
06:37
The other strand is bundled up into the other sausage.
他方は別のに束ねられています
06:39
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
06:41
are the dynamic scaffolding of the cell.
ここは微小管といいます 細胞分裂の足場になります
06:44
They're called mircrotubules. That name's not important.
名前は重要ではありません
06:47
But what we're going to focus on is this red region -- I've labeled it red here --
赤く色付けられた所に注目しましょう
06:49
and it's the interface
ここは 伸び縮みする足場と
06:52
between the dynamic scaffolding and the chromosomes.
染色体の結合部です
06:54
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
06:57
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
07:00
We've been studying this thing they call the kinetochore
これは動原体と呼ばれて かなり綿密に
07:03
for over a hundred years with intense study,
100年以上研究されてきましたが
07:05
and we're still just beginning to discover what it's all about.
その働きが やっと少しずつ解ってきたところです
07:07
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
07:10
thousands of proteins in total.
タンパク質から出来ています
07:13
It is a signal broadcasting system.
動原体は 信号伝達のシステムです
07:16
It broadcasts through chemical signals
全てが揃って準備ができると
07:19
telling the rest of the cell when it's ready,
細胞の他の部分に
07:21
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
07:24
for the separation of the chromosomes.
化学的な信号で知らせます
07:27
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働きもします
07:29
It's involved with the growing of the microtubules,
それは微小管を伸ばすと同時に
07:32
and it's able to transiently couple onto them.
一時的に結合することも出来ます
07:35
It's also an attention sensing system.
これは検知システムでもあり
07:38
It's able to feel when the cell is ready,
細胞が準備できた時や染色体が
07:40
when the chromosome is correctly positioned.
正しく並べられた時が分かります
07:42
It's turning green here
全てが準備できると
07:44
because it feels that everything is just right.
ここが緑色に変わります
07:46
And you'll see, there's this one little last bit
ここに 小さく1つだけ
07:48
that's still remaining red.
赤色のままのものが あります
07:50
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
07:52
That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.
これは伝達システムが「停止」の信号を送っているのです
07:56
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
07:59
It's molecular clockwork.
細かく正確な動きです
08:02
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
08:04
So with a little bit of molecular eye candy,
ちょっと見た目が面白い分子に
08:07
we've got kinesins, which are the orange ones.
オレンジ色のキネシンがあります
08:10
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
08:13
And here are the dynein. They're carrying that broadcasting system.
これはダイニンで 伝達システムを担っています
08:15
And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on.
ダイニンは長い脚で障害物をかわしたりします
08:18
So again, this is all derived accurately
これは科学から得られた情報を
08:21
from the science.
正確に画像としたもので
08:23
The problem is we can't show it to you any other way.
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
08:25
Exploring at the frontier of science,
最先端の科学や 最先端の
08:28
at the frontier of human understanding,
人類の知識を探求することは
08:30
is mind-blowing.
強烈で刺激的なものです
08:32
Discovering this stuff
このような発見が
08:35
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
08:37
But most medical researchers --
しかし 殆どの医療研究者にとって
08:40
discovering the stuff
このような発見をすることは
08:43
is simply steps along the path to the big goals,
大きな目標への通過点でしかありません
08:45
which are to eradicate disease,
大きな目標は病気を撲滅し
08:48
to eliminate the suffering and the misery that disease causes
病気からの苦しみや悲しみをなくし
08:51
and to lift people out of poverty.
貧困をなくす事です
08:53
Thank you.
ありがとうございました
08:55
(Applause)
(拍手)
08:57
Translated by Akinori Oyama
Reviewed by Akiko Hicks

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About the Speaker:

Drew Berry - Biomedical animator
Drew Berry creates stunning and scientifically accurate animations to illustrate how the molecules in our cell move and interact.

Why you should listen

Drew Berry is a biomedical animator whose scientifically accurate and aesthetically rich visualisations reveal the microscopic world inside our bodies to a wide range of audiences. His animations have exhibited at venues such as the Guggenheim Museum, Museum of Modern Art (New York), the Royal Institute of Great Britain and the University of Geneva. In 2010 he received a MacArthur Fellowship "Genius Award".

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Drew Berry | Speaker | TED.com