TEDxSydney
Drew Berry: Animations of unseeable biology
Дрю Бери: Анимации на невидима биология
Filmed:
Readability: 4.4
2,509,183 views
Няма начин да наблюдаваме молекулите и това, което правят - Дрю Бери иска да промени това. В TEDхСинди той показва своите точни (и забавни!) анимаци, които помагат на изследователите да видят невидимия процес в клетките ни.
Drew Berry - Biomedical animator
Drew Berry creates stunning and scientifically accurate animations to illustrate how the molecules in our cell move and interact. Full bio
Drew Berry creates stunning and scientifically accurate animations to illustrate how the molecules in our cell move and interact. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
What I'm going to show you
0
0
2000
Това, което ще ви покажа
00:17
are the astonishing molecular machines
1
2000
4000
са удивителните молекулярни машини,
00:21
that create the living fabric of your body.
2
6000
3000
които създават живата фабрика на тялото ви.
00:24
Now molecules are really, really tiny.
3
9000
3000
Молекулите са наистина малки.
00:27
And by tiny,
4
12000
2000
Искам да кажа,
00:29
I mean really.
5
14000
2000
че те са наистина малки.
00:31
They're smaller than a wavelength of light,
6
16000
2000
Те са по-малки от дължината на светлинна вълна,
00:33
so we have no way to directly observe them.
7
18000
3000
така, че няма начин да ги наблюдаваме.
00:36
But through science, we do have a fairly good idea
8
21000
2000
Но с помощта на науката, получаваме сравнително добра идея
00:38
of what's going on down at the molecular scale.
9
23000
3000
за това, което се случва в молекулярен мащаб.
00:41
So what we can do is actually tell you about the molecules,
10
26000
3000
Това, което можем да направим, е да ви разкажа за молекулите,
00:44
but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
11
29000
3000
но няма начин да ви ги покажа.
00:47
One way around this is to draw pictures.
12
32000
3000
Единственият начин е да рисувам картини.
00:50
And this idea is actually nothing new.
13
35000
2000
В действителност, тази идея не е нова.
00:52
Scientists have always created pictures
14
37000
2000
Учените са рисували картини,
00:54
as part of their thinking and discovery process.
15
39000
3000
като част от процеса им на мислене и откриване.
00:57
They draw pictures of what they're observing with their eyes,
16
42000
3000
Те рисуват картини за това, което виждат,
01:00
through technology like telescopes and microscopes,
17
45000
2000
с помощта на технологии, като телескопи и микроскопи,
01:02
and also what they're thinking about in their minds.
18
47000
3000
също и за това, за което мислят.
01:05
I picked two well-known examples,
19
50000
2000
Избрах два добре известни примера,
01:07
because they're very well-known for expressing science through art.
20
52000
3000
защото те са известни като примери за изразяване на науката чрез изкуство.
01:10
And I start with Galileo
21
55000
2000
Започвам с Галилео,
01:12
who used the world's first telescope
22
57000
2000
който използва първия телескоп в света,
01:14
to look at the Moon.
23
59000
2000
за да наблюдава Луната.
01:16
And he transformed our understanding of the Moon.
24
61000
2000
Той измени разбирането ни за Луната.
01:18
The perception in the 17th century
25
63000
2000
През 17. век учените мислеха,
01:20
was the Moon was a perfect heavenly sphere.
26
65000
2000
че Луната има идеално чиста форма.
01:22
But what Galileo saw was a rocky, barren world,
27
67000
3000
Но това, което Галилилео видя, беше скалист, пуст свят,
01:25
which he expressed through his watercolor painting.
28
70000
3000
който той нарисува с водни бои.
01:28
Another scientist with very big ideas,
29
73000
2000
Друг учен с големи идеи,
01:30
the superstar of biology, is Charles Darwin.
30
75000
3000
суперзвездата на биологията, е Чарлз Дарвин.
01:33
And with this famous entry in his notebook,
31
78000
2000
Той написа в горния ляв ъгъл на тетрадката си
01:35
he begins in the top left-hand corner with, "I think,"
32
80000
3000
"Аз мисля"
01:38
and then sketches out the first tree of life,
33
83000
3000
и направи скица на първото дърво на живота,
01:41
which is his perception
34
86000
2000
което е неговата идея,
01:43
of how all the species, all living things on Earth,
35
88000
2000
за това, как всички видове, всички живи същества на Земята
01:45
are connected through evolutionary history --
36
90000
3000
са свързани в еволюционна история -
01:48
the origin of species through natural selection
37
93000
2000
произхода на видовете чрез естествен подбор
01:50
and divergence from an ancestral population.
38
95000
3000
и дивергенция от предишно поколение.
01:53
Even as a scientist,
39
98000
2000
Дори като учен,
01:55
I used to go to lectures by molecular biologists
40
100000
2000
присъствах на лекции на молекулярни биолози
01:57
and find them completely incomprehensible,
41
102000
3000
и открих, че са напълно неразбираеми,
02:00
with all the fancy technical language and jargon
42
105000
2000
с целия надут технически език и жаргон,
02:02
that they would use in describing their work,
43
107000
2000
който те използваха, за да опишат своята работа,
02:04
until I encountered the artworks of David Goodsell,
44
109000
3000
докато не се запознах с трудовете на Дейвид Гудсел,
02:07
who is a molecular biologist at the Scripps Institute.
45
112000
3000
който е молекулярен биолог в института Скрипс.
02:10
And his pictures,
46
115000
2000
В неговите картини
02:12
everything's accurate and it's all to scale.
47
117000
2000
всичко е точно и в правилния мащаб.
02:14
And his work illuminated for me
48
119000
3000
Неговия труд ми показа,
02:17
what the molecular world inside us is like.
49
122000
2000
какъв е молекулярният свят.
02:19
So this is a transection through blood.
50
124000
3000
Това е трансекция на кръв.
02:22
In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area.
51
127000
2000
В горния ляв ъгъл виждате тази жълто - зелена област.
02:24
The yellow-green area is the fluids of blood, which is mostly water,
52
129000
3000
Жълто - зелената област са флуиди на кръв, които са основно вода,
02:27
but it's also antibodies, sugars,
53
132000
2000
но също и анти - тела, захари,
02:29
hormones, that kind of thing.
54
134000
2000
хормони и други.
02:31
And the red region is a slice into a red blood cell.
55
136000
2000
А червената област е разрез на червена кръвна клетка.
02:33
And those red molecules are hemoglobin.
56
138000
2000
Тези червени молекули са хемоглобин.
02:35
They are actually red; that's what gives blood its color.
57
140000
2000
В действителност, те са червени; те придават цвета на кръвта.
02:37
And hemoglobin acts as a molecular sponge
58
142000
2000
Хемоглобинът действа като молекулярна гъба,
02:39
to soak up the oxygen in your lungs
59
144000
2000
за да абсорбира кислород в белите ви дробове
02:41
and then carry it to other parts of the body.
60
146000
2000
и след това го отнася до други части на тялото.
02:43
I was very much inspired by this image many years ago,
61
148000
3000
Преди много години бях много въодушевен от тази картина
02:46
and I wondered whether we could use computer graphics
62
151000
2000
и се чудих, дали можем да използваме компютърни графики,
02:48
to represent the molecular world.
63
153000
2000
за да представим молекулярния свят.
02:50
What would it look like?
64
155000
2000
Как ще изглежда това?
02:52
And that's how I really began. So let's begin.
65
157000
3000
Ето как започнах. Нека да започна.
02:55
This is DNA in its classic double helix form.
66
160000
2000
Това е ДНК в нейната класическа форма на двойна спирала.
02:57
And it's from X-ray crystallography,
67
162000
2000
Това е от рентгенова кристалография,
02:59
so it's an accurate model of DNA.
68
164000
2000
така, че е точен модел на ДНК.
03:01
If we unwind the double helix and unzip the two strands,
69
166000
2000
Ако развием двойната спирала и разединим двете нишки,
03:03
you see these things that look like teeth.
70
168000
2000
ще видите тези неща, които изглеждат като зъби.
03:05
Those are the letters of genetic code,
71
170000
2000
Това са буквите на генетичен код,
03:07
the 25,000 genes you've got written in your DNA.
72
172000
3000
25 000 гени, които са записани в ДНК-то ви.
03:10
This is what they typically talk about --
73
175000
2000
Ето за какво говорят те -
03:12
the genetic code -- this is what they're talking about.
74
177000
2000
генетичния код - за това говорят те.
03:14
But I want to talk about a different aspect of DNA science,
75
179000
2000
Но искам да говоря за различен аспект на науката за ДНК
03:16
and that is the physical nature of DNA.
76
181000
3000
и това е физическата същност на ДНК.
03:19
It's these two strands that run in opposite directions
77
184000
3000
Тези две нишки отиват в противоположни посоки,
03:22
for reasons I can't go into right now.
78
187000
2000
поради причини, за които не мога да разкажа сега.
03:24
But they physically run in opposite directions,
79
189000
2000
Но те физически отиват в противоположни посоки,
03:26
which creates a number of complications for your living cells,
80
191000
3000
което създава множество усложнения за клетките ви,
03:29
as you're about to see,
81
194000
2000
както ще видите,
03:31
most particularly when DNA is being copied.
82
196000
3000
особено, когато ДНК се копира.
03:34
And so what I'm about to show you
83
199000
2000
Това, което ще ви покажа,
03:36
is an accurate representation
84
201000
2000
е точна репрезентация
03:38
of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body,
85
203000
3000
на репликационната машина на действителна ДНК, която се случва в тялото ви,
03:41
at least 2002 biology.
86
206000
3000
което е биология от 2002 г.
03:44
So DNA's entering the production line from the left-hand side,
87
209000
3000
ДНК влиза в производствената линия от лявата страна
03:47
and it hits this collection, these miniature biochemical machines,
88
212000
3000
и удря този сбор, тези миниатюрни биохимични машини,
03:50
that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.
89
215000
3000
които разделят нишката на ДНК и правят точно копие.
03:53
So DNA comes in
90
218000
2000
ДНК влиза
03:55
and hits this blue, doughnut-shaped structure
91
220000
2000
и удря тази синя, с форма на поничка структура
03:57
and it's ripped apart into its two strands.
92
222000
2000
и тя се разделя на две нишки.
03:59
One strand can be copied directly,
93
224000
2000
Едната нишка може да бъде копирана точно
04:01
and you can see these things spooling off to the bottom there.
94
226000
3000
и можете да видите тезе неща, които се развиват към дъното там.
04:04
But things aren't so simple for the other strand
95
229000
2000
Но не е толкова просто с другата нишка,
04:06
because it must be copied backwards.
96
231000
2000
защото тя трябва да бъде копирана отзад - напред.
04:08
So it's thrown out repeatedly in these loops
97
233000
2000
Тя се изхвърля много пъти в тези кръгове
04:10
and copied one section at a time,
98
235000
2000
и копира по един раздел,
04:12
creating two new DNA molecules.
99
237000
3000
като създава две нови ДНК молекули.
04:15
Now you have billions of this machine
100
240000
3000
Имате милиарди от тази машина,
04:18
right now working away inside you,
101
243000
2000
която работи в тялото ви,
04:20
copying your DNA with exquisite fidelity.
102
245000
2000
копирайки ДНК - то ви с изключителна точност.
04:22
It's an accurate representation,
103
247000
2000
Това е точна репрезентация
04:24
and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you.
104
249000
3000
и е с точната скорост за това, което се случва в тялото ви.
04:27
I've left out error correction and a bunch of other things.
105
252000
3000
Оставих корекцията на грешки и други неща.
04:32
This was work from a number of years ago.
106
257000
2000
Това е работа от преди години.
04:34
Thank you.
107
259000
2000
Благодаря ви.
04:36
This is work from a number of years ago,
108
261000
3000
Това е труд от преди години,
04:39
but what I'll show you next is updated science, it's updated technology.
109
264000
3000
но това, което ще ви покажа, е съвременна наука, съвременна технология.
04:42
So again, we begin with DNA.
110
267000
2000
Отново, започваме с ДНК.
04:44
And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules,
111
269000
3000
Тя се върти, поради обграждащата я група молекули,
04:47
which I've stripped away so you can see something.
112
272000
2000
които съм изчистил, за да можете да видите нещо.
04:49
DNA is about two nanometers across,
113
274000
2000
ДНК има дължина два нанометра,
04:51
which is really quite tiny.
114
276000
2000
което е наистина малка дължина.
04:53
But in each one of your cells,
115
278000
2000
Но във всяка от клетките ви,
04:55
each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.
116
280000
4000
всяка нишка ДНК има дължина около 30 до 40 милиона нанометра.
04:59
So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,
117
284000
3000
За да се запази ДНК организирана и за да регулира достъпа до генетичния код,
05:02
it's wrapped around these purple proteins --
118
287000
2000
тя е навита около тези пурпурни протеини -
05:04
or I've labeled them purple here.
119
289000
2000
тук съм ги маркирал в пурпурно.
05:06
It's packaged up and bundled up.
120
291000
2000
Тя е опакована.
05:08
All this field of view is a single strand of DNA.
121
293000
3000
Цялата тази обаст е една нишка ДНК.
05:11
This huge package of DNA is called a chromosome.
122
296000
3000
Големият пакет ДНК се нарича хромозом.
05:14
And we'll come back to chromosomes in a minute.
123
299000
3000
Ще се върнем към хромозомите след минута.
05:17
We're pulling out, we're zooming out,
124
302000
2000
Издърпваме, увеличаваме,
05:19
out through a nuclear pore,
125
304000
2000
през дупката на ядрото,
05:21
which is the gateway to this compartment that holds all the DNA
126
306000
3000
което е вратата към това отделение, което съдържа всички ДНК,
05:24
called the nucleus.
127
309000
2000
наречено ядро.
05:26
All of this field of view
128
311000
2000
Цялата тази област
05:28
is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes.
129
313000
3000
се изучава за около един семестър в биологията, а аз имам седем минути.
05:31
So we're not going to be able to do that today?
130
316000
3000
Няма да можем да направим това днес, нали?
05:34
No, I'm being told, "No."
131
319000
3000
Не, казаха ми "Не".
05:37
This is the way a living cell looks down a light microscope.
132
322000
3000
Това е начинът, по който жива клетка изглежда, гледана през светлинен микроскоп.
05:40
And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving.
133
325000
3000
Тя е филмирана, поради което можете да видите как се движи.
05:43
The nuclear envelope breaks down.
134
328000
2000
Опаковката на ядрото се разкъсва.
05:45
These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them.
135
330000
3000
Нещата, които изглеждат като наденица са хромозомите, ще ги разгледаме.
05:48
They go through this very striking motion
136
333000
2000
Те минават през това удивително движение,
05:50
that is focused on these little red spots.
137
335000
3000
което е фокусирано на тези малки червени петна.
05:53
When the cell feels it's ready to go,
138
338000
3000
Когато клетката е готова,
05:56
it rips apart the chromosome.
139
341000
2000
тя разкъсва хромозома.
05:58
One set of DNA goes to one side,
140
343000
2000
Единият комплект ДНК отива на една страна,
06:00
the other side gets the other set of DNA --
141
345000
2000
другият комплект отива на другата страна -
06:02
identical copies of DNA.
142
347000
2000
идентични копия на ДНК.
06:04
And then the cell splits down the middle.
143
349000
2000
След това клетката се разделя по средата.
06:06
And again, you have billions of cells
144
351000
2000
Отново, имате милиарди клетки,
06:08
undergoing this process right now inside of you.
145
353000
3000
които преминават през този процес.
06:11
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes
146
356000
3000
Ще навием отново и ще разгледаме хромозомите,
06:14
and look at its structure and describe it.
147
359000
2000
ще разгледаме структурата им и ще ги опишем.
06:16
So again, here we are at that equator moment.
148
361000
3000
Отново, това е централният момент.
06:19
The chromosomes line up.
149
364000
2000
Хромозомите се подреждат в редица.
06:21
And if we isolate just one chromosome,
150
366000
2000
Ако изолираме един хромозом,
06:23
we're going to pull it out and have a look at its structure.
151
368000
2000
ще го извадим и ще разгледаме структурата му.
06:25
So this is one of the biggest molecular structures that you have,
152
370000
3000
Това е една от най-големите молекулярни структури,
06:28
at least as far as we've discovered so far inside of us.
153
373000
4000
най-малко, доколкото сме открили в телата ни.
06:32
So this is a single chromosome.
154
377000
2000
Това е един хромозом.
06:34
And you have two strands of DNA in each chromosome.
155
379000
3000
Имаме две нишки ДНК във всеки хромозом.
06:37
One is bundled up into one sausage.
156
382000
2000
Едната нишка е навита в едната наденица.
06:39
The other strand is bundled up into the other sausage.
157
384000
2000
Другата нишка е навита в другата наденица.
06:41
These things that look like whiskers that are sticking out from either side
158
386000
3000
Тези неща, които изглеждат като мустаци, които стърчат от всяка от страните,
06:44
are the dynamic scaffolding of the cell.
159
389000
3000
са динамичната обвивка на клетката.
06:47
They're called mircrotubules. That name's not important.
160
392000
2000
Наричат се микротубули. Това наименование не е важно.
06:49
But what we're going to focus on is this red region -- I've labeled it red here --
161
394000
3000
Но това, което ще разгледаме е тази червена област - тук съм я маркирал в червено -
06:52
and it's the interface
162
397000
2000
и интерфейса й
06:54
between the dynamic scaffolding and the chromosomes.
163
399000
3000
между динамичната обвивка и хромозомите.
06:57
It is obviously central to the movement of the chromosomes.
164
402000
3000
Очевидно, това е важно за движението на хромозомите.
07:00
We have no idea really as to how it's achieving that movement.
165
405000
3000
В действителност не знаем как се получава това движение.
07:03
We've been studying this thing they call the kinetochore
166
408000
2000
Изследвал съм това, което учените наричат кинетохор
07:05
for over a hundred years with intense study,
167
410000
2000
за период от сто години, с интезивно изследване,
07:07
and we're still just beginning to discover what it's all about.
168
412000
3000
и все още започваме да откриваме, за какво става дума.
07:10
It is made up of about 200 different types of proteins,
169
415000
3000
Съставено е от около 200 различни вида протеини,
07:13
thousands of proteins in total.
170
418000
3000
общо хиляди протеини.
07:16
It is a signal broadcasting system.
171
421000
3000
То е сигнално - предавателна система.
07:19
It broadcasts through chemical signals
172
424000
2000
То предава чрез химически сигнали,
07:21
telling the rest of the cell when it's ready,
173
426000
3000
които казват на останалата част от клетката, кога е готова,
07:24
when it feels that everything is aligned and ready to go
174
429000
3000
кога всичко е подредено и готово
07:27
for the separation of the chromosomes.
175
432000
2000
за разделянето на хромозомите.
07:29
It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
176
434000
3000
То може да се чифтоса с разширяващите се и свиващи се микротубули.
07:32
It's involved with the growing of the microtubules,
177
437000
3000
То е свързано с растежа на микротубулите
07:35
and it's able to transiently couple onto them.
178
440000
3000
и може за кратко време да се чифтоса с тях.
07:38
It's also an attention sensing system.
179
443000
2000
То е също система, която е чувствителна на внимание.
07:40
It's able to feel when the cell is ready,
180
445000
2000
Може да почувства, кога клетката е готова,
07:42
when the chromosome is correctly positioned.
181
447000
2000
кога хромозомът е разположен правилно.
07:44
It's turning green here
182
449000
2000
Тук то става зелено,
07:46
because it feels that everything is just right.
183
451000
2000
защото чувства, че всичко е правилно.
07:48
And you'll see, there's this one little last bit
184
453000
2000
Ще видите, че това малко последно парче
07:50
that's still remaining red.
185
455000
2000
все още остава червено.
07:52
And it's walked away down the microtubules.
186
457000
3000
То върви надолу по микротубулите.
07:56
That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.
187
461000
3000
Това е системата, изпращаща сигнал, която изпраща сигнал за спиране.
07:59
And it's walked away. I mean, it's that mechanical.
188
464000
3000
То отминава. Искам да кажа, че това е механично.
08:02
It's molecular clockwork.
189
467000
2000
То е молекулярен часовник.
08:04
This is how you work at the molecular scale.
190
469000
3000
Ето как работят телата ви в молекулярен мащаб.
08:07
So with a little bit of molecular eye candy,
191
472000
3000
С малко молекулярен сладкиш,
08:10
we've got kinesins, which are the orange ones.
192
475000
3000
получихме кинезис, което са оранжевите петна.
08:13
They're little molecular courier molecules walking one way.
193
478000
2000
Те са малък молекулярен куриер, работещ еднопосочно.
08:15
And here are the dynein. They're carrying that broadcasting system.
194
480000
3000
Ето динейн. Те пренасят тази система, предаваща сигнал.
08:18
And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on.
195
483000
3000
Имат дълги крака и затова могат да прескачат препятствия.
08:21
So again, this is all derived accurately
196
486000
2000
Отново, това е получено точно
08:23
from the science.
197
488000
2000
от учените.
08:25
The problem is we can't show it to you any other way.
198
490000
3000
Проблемът е, че не можем да ви го покажем по друг начин.
08:28
Exploring at the frontier of science,
199
493000
2000
Изучавайки границата на науката,
08:30
at the frontier of human understanding,
200
495000
2000
границата на човешкото разбиране,
08:32
is mind-blowing.
201
497000
3000
е завладяващо.
08:35
Discovering this stuff
202
500000
2000
Откриването на това,
08:37
is certainly a pleasurable incentive to work in science.
203
502000
3000
разбира се, е приятна, стимулираща работа.
08:40
But most medical researchers --
204
505000
3000
Но за повечето медицински изследователи -
08:43
discovering the stuff
205
508000
2000
откриването на това
08:45
is simply steps along the path to the big goals,
206
510000
3000
са просто стъпки по пътя на големите цели,
08:48
which are to eradicate disease,
207
513000
3000
които са, да излекуват болестите,
08:51
to eliminate the suffering and the misery that disease causes
208
516000
2000
да отстранят страданието и нещастията, които причиняват болестите
08:53
and to lift people out of poverty.
209
518000
2000
и да освободят хората от нещастие.
08:55
Thank you.
210
520000
2000
Благодаря ви.
08:57
(Applause)
211
522000
4000
(Аплодисменти)
ABOUT THE SPEAKER
Drew Berry - Biomedical animatorDrew 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".
Drew Berry | Speaker | TED.com