TEDxSydney
Drew Berry: Animations of unseeable biology
Дрю Беррі: анімація невидимої біології
Filmed:
Readability: 4.4
2,509,183 views
Ми не можемо напряму спостерігати за молекулами і їх роботою -- Дрю Беррі хоче це змінити. На TEDxSydney він демонструє свої науково точні (і цікаві!) анімації, які допомагають дослідниками побачити невидимі для ока процеси всередині наших клітин.
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
Те, що збираюсь Вам показати -
00:17
are the astonishing molecular machines
1
2000
4000
це вражаючи молекулярні машини,
00:21
that create the living fabric of your body.
2
6000
3000
які створюють живі тканини Вашого тіла.
00:24
Now molecules are really, really tiny.
3
9000
3000
Отож, молекули справді крихітні-крихітні.
00:27
And by tiny,
4
12000
2000
І коли я кажу "крихітні",
00:29
I mean really.
5
14000
2000
ну... я серйозно!
00:31
They're smaller than a wavelength of light,
6
16000
2000
Вони менші, ніж світлові хвилі,
00:33
so we have no way to directly observe them.
7
18000
3000
тому ми не можемо напряму за ними спостерігати.
00:36
But through science, we do have a fairly good idea
8
21000
2000
Але завдяки науці ми собі цілком непогано уявляємо,
00:38
of what's going on down at the molecular scale.
9
23000
3000
що ж відбувається на молекулярному рівні.
00:41
So what we can do is actually tell you about the molecules,
10
26000
3000
Отже, що ми можемо, так це розповісти Вам про молекули,
00:44
but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
11
29000
3000
але у нас нема можливості показати Вам справжні молекули.
00:47
One way around this is to draw pictures.
12
32000
3000
Один з виходів - малювати малюнки.
00:50
And this idea is actually nothing new.
13
35000
2000
І ця ідея насправді не нова.
00:52
Scientists have always created pictures
14
37000
2000
Науковці завжди створювали малюнки,
00:54
as part of their thinking and discovery process.
15
39000
3000
які були частиною процесу роздумів і відкриттів.
00:57
They draw pictures of what they're observing with their eyes,
16
42000
3000
Вони малювали те, що спостерігали на власні очі
01:00
through technology like telescopes and microscopes,
17
45000
2000
за допомогою пристроїв, наприклад, телескопів чи мікроскопів,
01:02
and also what they're thinking about in their minds.
18
47000
3000
і також те, про що вони думали.
01:05
I picked two well-known examples,
19
50000
2000
Я вибрав два відомі приклади,
01:07
because they're very well-known for expressing science through art.
20
52000
3000
тому що вони відомі як вираження науки через образотворче мистецтво.
01:10
And I start with Galileo
21
55000
2000
Я почну з Галілея,
01:12
who used the world's first telescope
22
57000
2000
який користувався першим у світі телескопом,
01:14
to look at the Moon.
23
59000
2000
щоб розглядати Місяць.
01:16
And he transformed our understanding of the Moon.
24
61000
2000
І він змінив наше уявлення про Місяць.
01:18
The perception in the 17th century
25
63000
2000
У XVII столітті вважали,
01:20
was the Moon was a perfect heavenly sphere.
26
65000
2000
що Місяць - ідеально кулясте небесне тіло.
01:22
But what Galileo saw was a rocky, barren world,
27
67000
3000
Але Галілей побачив пустинний скелястий світ,
01:25
which he expressed through his watercolor painting.
28
70000
3000
що і відобразив у своїх акварельних малюнках.
01:28
Another scientist with very big ideas,
29
73000
2000
Ще один вчений з дуже великими ідеями,
01:30
the superstar of biology, is Charles Darwin.
30
75000
3000
суперзірка біології, - Чарльз Дарвін.
01:33
And with this famous entry in his notebook,
31
78000
2000
Це славнозвісний вступ до його записника.
01:35
he begins in the top left-hand corner with, "I think,"
32
80000
3000
Він починає у лівому верхньому кутку словами "Я думаю",
01:38
and then sketches out the first tree of life,
33
83000
3000
а тоді креслить перше дерево життя,
01:41
which is his perception
34
86000
2000
тобто своє уявлення про те,
01:43
of how all the species, all living things on Earth,
35
88000
2000
що всі види, всі живі істоти на Землі,
01:45
are connected through evolutionary history --
36
90000
3000
пов'язані еволюційною історією:
01:48
the origin of species through natural selection
37
93000
2000
основа видів у природному відборі
01:50
and divergence from an ancestral population.
38
95000
3000
і відмінності від передуючих популяцій.
01:53
Even as a scientist,
39
98000
2000
Навіть будучи науковцем,
01:55
I used to go to lectures by molecular biologists
40
100000
2000
мені доводилось бувати на лекціях молекулярних біологів,
01:57
and find them completely incomprehensible,
41
102000
3000
і вони здавалися мені абсолютно незрозумілими,
02:00
with all the fancy technical language and jargon
42
105000
2000
з усіма цими вигадливими технічними термінами і жаргоном,
02:02
that they would use in describing their work,
43
107000
2000
які вони використовують для опису своєї праці
02:04
until I encountered the artworks of David Goodsell,
44
109000
3000
аж поки я не зустрів образотворчі праці Девіда Гудсела,
02:07
who is a molecular biologist at the Scripps Institute.
45
112000
3000
молекулярного біолога зі Скріппс Інстіт'ют [Scripps Institute],
02:10
And his pictures,
46
115000
2000
На його малюнках
02:12
everything's accurate and it's all to scale.
47
117000
2000
все чітко і з витриманими пропорціями.
02:14
And his work illuminated for me
48
119000
3000
І його роботи показали мені,
02:17
what the molecular world inside us is like.
49
122000
2000
як виглядає молекулярний світ всередині нас.
02:19
So this is a transection through blood.
50
124000
3000
Це зображення крові.
02:22
In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area.
51
127000
2000
У верхньому лівому кутку у нас є жовто-зелена зона.
02:24
The yellow-green area is the fluids of blood, which is mostly water,
52
129000
3000
Жовто-зелена зона - це рідини крові, в основному, вода,
02:27
but it's also antibodies, sugars,
53
132000
2000
і антитіла, цукри,
02:29
hormones, that kind of thing.
54
134000
2000
гормони і таке інше.
02:31
And the red region is a slice into a red blood cell.
55
136000
2000
А червона зона - це еритроцити,
02:33
And those red molecules are hemoglobin.
56
138000
2000
ці червоні молекули - це гемоглобін.
02:35
They are actually red; that's what gives blood its color.
57
140000
2000
Вони насправді червоні, це вони надають крові забарвлення.
02:37
And hemoglobin acts as a molecular sponge
58
142000
2000
Гемоглобін діє, як молекулярна губка:
02:39
to soak up the oxygen in your lungs
59
144000
2000
вбирає кисень у ваших легенях,
02:41
and then carry it to other parts of the body.
60
146000
2000
і транспортує його до інших частин вашого тіла.
02:43
I was very much inspired by this image many years ago,
61
148000
3000
Багато років тому це зображення мене дуже надихнуло,
02:46
and I wondered whether we could use computer graphics
62
151000
2000
і мені стало цікаво, чи можемо ми використати комп'ютерну графіку,
02:48
to represent the molecular world.
63
153000
2000
щоб зобразити молекулярний світ.
02:50
What would it look like?
64
155000
2000
Як би це виглядало?
02:52
And that's how I really began. So let's begin.
65
157000
3000
О-так я насправді почав. Почнімо і ми.
02:55
This is DNA in its classic double helix form.
66
160000
2000
Це ДНК у своїй класичні формі подвійної спіралі,
02:57
And it's from X-ray crystallography,
67
162000
2000
це її рентгенограма,
02:59
so it's an accurate model of DNA.
68
164000
2000
тому це точна модель ДНК.
03:01
If we unwind the double helix and unzip the two strands,
69
166000
2000
Якщо ми розкрутимо подвійну спіраль і розщепимо ланцюжки,
03:03
you see these things that look like teeth.
70
168000
2000
ви побачити, що воно схоже на зуби.
03:05
Those are the letters of genetic code,
71
170000
2000
А це є літери генетичного коду,
03:07
the 25,000 genes you've got written in your DNA.
72
172000
3000
25 000 генів, записаних у вашому ДНК.
03:10
This is what they typically talk about --
73
175000
2000
Це те, про що зазвичай говорять, -
03:12
the genetic code -- this is what they're talking about.
74
177000
2000
генетичний код - ось про що говориться.
03:14
But I want to talk about a different aspect of DNA science,
75
179000
2000
Але я хочу поговорити про інший аспект науки про ДНК,
03:16
and that is the physical nature of DNA.
76
181000
3000
про фізичну природу ДНК.
03:19
It's these two strands that run in opposite directions
77
184000
3000
Про ці два ланцюжки, які направлені в різні сторони
03:22
for reasons I can't go into right now.
78
187000
2000
через причини, які я не можу прямо зараз пояснювати.
03:24
But they physically run in opposite directions,
79
189000
2000
Але вони фізично спрямовані в протилежних напрямках,
03:26
which creates a number of complications for your living cells,
80
191000
3000
що створює певні труднощі для Ваших живих клітин -
03:29
as you're about to see,
81
194000
2000
як ви зараз побачите -
03:31
most particularly when DNA is being copied.
82
196000
3000
особливо коли ДНК копіюється.
03:34
And so what I'm about to show you
83
199000
2000
Те,що я хочу Вам показати -
03:36
is an accurate representation
84
201000
2000
це точне зображення реального механізму
03:38
of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body,
85
203000
3000
відтворення ДНК, яке зараз відбувається у Вашому тілі,
03:41
at least 2002 biology.
86
206000
3000
принаймні, так вважають біологи у 2002 році.
03:44
So DNA's entering the production line from the left-hand side,
87
209000
3000
Отже, ДНК входить на "потокову лінію" зліва
03:47
and it hits this collection, these miniature biochemical machines,
88
212000
3000
і вдаряє в оце скупчення, в цю мініатюрну біохімічну машину,
03:50
that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.
89
215000
3000
яка розщеплює ланцюжок ДНК і робить його точну копію.
03:53
So DNA comes in
90
218000
2000
Отже, молекула ДНК входить,
03:55
and hits this blue, doughnut-shaped structure
91
220000
2000
вдяряється у цю синю, пампухо-видну структуру,
03:57
and it's ripped apart into its two strands.
92
222000
2000
і її розривають на два ланцюжки.
03:59
One strand can be copied directly,
93
224000
2000
Один ланцюжок можна скопіювати відразу,
04:01
and you can see these things spooling off to the bottom there.
94
226000
3000
і ви можете бачити, як він розмотується внизу.
04:04
But things aren't so simple for the other strand
95
229000
2000
Але з другим ланцюжком все не так просто,
04:06
because it must be copied backwards.
96
231000
2000
тому що його треба копіювати у зворотньому напрямку.
04:08
So it's thrown out repeatedly in these loops
97
233000
2000
Тому він затягується у петлю
04:10
and copied one section at a time,
98
235000
2000
і копіюється частинами,
04:12
creating two new DNA molecules.
99
237000
3000
в результаті чого створюються дві молекули ДНК.
04:15
Now you have billions of this machine
100
240000
3000
Зараз всередині Вас є
04:18
right now working away inside you,
101
243000
2000
мільярди цих машин, вони працюють безперервно,
04:20
copying your DNA with exquisite fidelity.
102
245000
2000
відтоворюючи Вашу ДНК з вражаючою точністю.
04:22
It's an accurate representation,
103
247000
2000
Це точне відтвоворення,
04:24
and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you.
104
249000
3000
і швидкість майже така ж, як у Вашому тілі.
04:27
I've left out error correction and a bunch of other things.
105
252000
3000
Я не взяв до уваги похибку і ще деякі речі.
04:32
This was work from a number of years ago.
106
257000
2000
Ця робота вже має кілька років.
04:34
Thank you.
107
259000
2000
Дякую.
04:36
This is work from a number of years ago,
108
261000
3000
Це була робота кількарічної давності,
04:39
but what I'll show you next is updated science, it's updated technology.
109
264000
3000
але далі я покажу Вам сучасну науку, оновлені технології.
04:42
So again, we begin with DNA.
110
267000
2000
Отож, почнемо з ДНК.
04:44
And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules,
111
269000
3000
Вона крутиться і вертиться в оточуючому супі інших молекул,
04:47
which I've stripped away so you can see something.
112
272000
2000
який я забрав, щоб ви могли щось розгледіти.
04:49
DNA is about two nanometers across,
113
274000
2000
ДНК завширшки приблизно 2 нанометри,
04:51
which is really quite tiny.
114
276000
2000
тобто, справді крихітна.
04:53
But in each one of your cells,
115
278000
2000
Але в кожній Вашій клітині
04:55
each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.
116
280000
4000
довжина кожного ланцюжка ДНК становить від 30 до 40 млн. нанометрів.
04:59
So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,
117
284000
3000
Тому для в впорядкованості ДНК і регулювання доступу до генетичного коду
05:02
it's wrapped around these purple proteins --
118
287000
2000
вона є обмотана навколо цих фіолетових білків,
05:04
or I've labeled them purple here.
119
289000
2000
ну, тих, які є зробив фіолетовими тут.
05:06
It's packaged up and bundled up.
120
291000
2000
Вона упаковані і поскладана.
05:08
All this field of view is a single strand of DNA.
121
293000
3000
Все, що ми зараз оглядаємо - єдиний ланцюг ДНК.
05:11
This huge package of DNA is called a chromosome.
122
296000
3000
Цей велетенське нагромадження ДНК називається хромосомою.
05:14
And we'll come back to chromosomes in a minute.
123
299000
3000
Ми повернемось до хромосом через мить.
05:17
We're pulling out, we're zooming out,
124
302000
2000
Ми віддаляємось, виштовхуємось
05:19
out through a nuclear pore,
125
304000
2000
через нуклеопору,
05:21
which is the gateway to this compartment that holds all the DNA
126
306000
3000
яке є входом у цей відділ, який вміщує всю ДНК
05:24
called the nucleus.
127
309000
2000
і зветься ядро.
05:26
All of this field of view
128
311000
2000
Оце все, що ми бачимо -
05:28
is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes.
129
313000
3000
це приблизно семестр біології, а у мене - 7 хвилин.
05:31
So we're not going to be able to do that today?
130
316000
3000
То що, ми сьогодні закінчити не зможемо?
05:34
No, I'm being told, "No."
131
319000
3000
-Ні, - мені кажуть, - ні...
05:37
This is the way a living cell looks down a light microscope.
132
322000
3000
Так виглядає жива клітина під оптичним мікроскопом.
05:40
And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving.
133
325000
3000
Вона була знята покадрово, тому ви можете бачити, як вона рухається.
05:43
The nuclear envelope breaks down.
134
328000
2000
Ядерна мембрана руйнується.
05:45
These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them.
135
330000
3000
Ці сосиско-подібні штуки - це хромосоми, і ми зосередимося на них.
05:48
They go through this very striking motion
136
333000
2000
Вони весь час перебувають у цьому дивовижному русі,
05:50
that is focused on these little red spots.
137
335000
3000
концентруючись на цих червоних плямках.
05:53
When the cell feels it's ready to go,
138
338000
3000
Коли клітина готова,
05:56
it rips apart the chromosome.
139
341000
2000
вона розриває хромосому.
05:58
One set of DNA goes to one side,
140
343000
2000
Один набір ДНК йде в одну сторону,
06:00
the other side gets the other set of DNA --
141
345000
2000
інша сторона отримує другий набір ДНК -
06:02
identical copies of DNA.
142
347000
2000
ці набори ДНК ідентичні.
06:04
And then the cell splits down the middle.
143
349000
2000
А тоді клітина ділиться посередині.
06:06
And again, you have billions of cells
144
351000
2000
І, знову ж таки, усередні Вас є мільярди клітин,
06:08
undergoing this process right now inside of you.
145
353000
3000
які проходять цей процес зараз.
06:11
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes
146
356000
3000
Зараз ми відмотаємо і зосередимося на хромосомах,
06:14
and look at its structure and describe it.
147
359000
2000
розглянемо їхню структуру і опишемо її.
06:16
So again, here we are at that equator moment.
148
361000
3000
Отже, знову момент перед поділом.
06:19
The chromosomes line up.
149
364000
2000
Хромосоми вишиковуються.
06:21
And if we isolate just one chromosome,
150
366000
2000
Зараз ми виберемо одну хромосому,
06:23
we're going to pull it out and have a look at its structure.
151
368000
2000
виокремимо її і подивимось на її будову.
06:25
So this is one of the biggest molecular structures that you have,
152
370000
3000
Отож, це одна з найбільших молекулярних структур, які у Вас є,
06:28
at least as far as we've discovered so far inside of us.
153
373000
4000
принаймні, серед тих, які ми виявили всередині нас.
06:32
So this is a single chromosome.
154
377000
2000
Оце - одна хромосома.
06:34
And you have two strands of DNA in each chromosome.
155
379000
3000
Хромосома складається з двох частин-ланцюжків ДНК.
06:37
One is bundled up into one sausage.
156
382000
2000
Один скручений в одну сосиску,
06:39
The other strand is bundled up into the other sausage.
157
384000
2000
другий - в іншу.
06:41
These things that look like whiskers that are sticking out from either side
158
386000
3000
Ці "вусики", які стирчать з обох сторін, -
06:44
are the dynamic scaffolding of the cell.
159
389000
3000
це динамічне риштування клітини.
06:47
They're called mircrotubules. That name's not important.
160
392000
2000
Вони називаються мікротрубочками. Але ця назва не має значення.
06:49
But what we're going to focus on is this red region -- I've labeled it red here --
161
394000
3000
ми зосередимося на цьому червоному регіоні - я його виділив червоним -
06:52
and it's the interface
162
397000
2000
це поверхня поділу
06:54
between the dynamic scaffolding and the chromosomes.
163
399000
3000
між динамічним риштуванням і хромосомами.
06:57
It is obviously central to the movement of the chromosomes.
164
402000
3000
Очевидно, що вона є найважливішою для руху молекул.
07:00
We have no idea really as to how it's achieving that movement.
165
405000
3000
Ми не маємо уявлення, як цей рух досягається.
07:03
We've been studying this thing they call the kinetochore
166
408000
2000
ми вивчали ці штучки - їх називають кінетохорами -
07:05
for over a hundred years with intense study,
167
410000
2000
більш ніж сто років в інтенсивному режимі,
07:07
and we're still just beginning to discover what it's all about.
168
412000
3000
ми ще тільки починаємо розуміти, про що ж тут йдеться.
07:10
It is made up of about 200 different types of proteins,
169
415000
3000
Він складається з біля 200 різних видів білків,
07:13
thousands of proteins in total.
170
418000
3000
в сумі - тисячі білків.
07:16
It is a signal broadcasting system.
171
421000
3000
Це система транслювання сигналів,
07:19
It broadcasts through chemical signals
172
424000
2000
яка передає хімічні сигнали,
07:21
telling the rest of the cell when it's ready,
173
426000
3000
які повідомляють решті клітини,
07:24
when it feels that everything is aligned and ready to go
174
429000
3000
коли все готове і налашоване
07:27
for the separation of the chromosomes.
175
432000
2000
до поділу хромосом.
07:29
It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
176
434000
3000
Він здатний з'єднуватися з мікротрубочками.
07:32
It's involved with the growing of the microtubules,
177
437000
3000
Він бере участь у зростанні мікротрубочок,
07:35
and it's able to transiently couple onto them.
178
440000
3000
маючи здатність тимчасово з ними з'єднуватись.
07:38
It's also an attention sensing system.
179
443000
2000
Це також система зондування клітини -
07:40
It's able to feel when the cell is ready,
180
445000
2000
він здатний відчути, коли клітина готова,
07:42
when the chromosome is correctly positioned.
181
447000
2000
коли хромосоми правильно розміщені.
07:44
It's turning green here
182
449000
2000
Тут він стає зеленим,
07:46
because it feels that everything is just right.
183
451000
2000
тому що відчуває, що все готово.
07:48
And you'll see, there's this one little last bit
184
453000
2000
і, зверніть увагу,що незначна частина,
07:50
that's still remaining red.
185
455000
2000
яка все ще залишається червоною.
07:52
And it's walked away down the microtubules.
186
457000
3000
Вона рухається вздовж мікротрубочок.
07:56
That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.
187
461000
3000
Так система транслювання передає стопсигнал.
07:59
And it's walked away. I mean, it's that mechanical.
188
464000
3000
Ось вони пішли геть. Я хочу сказати: це механічний процес.
08:02
It's molecular clockwork.
189
467000
2000
Це як молекулярний годинниковий механізм.
08:04
This is how you work at the molecular scale.
190
469000
3000
Так Ви працюєте на молекулярному рівні.
08:07
So with a little bit of molecular eye candy,
191
472000
3000
Отже, щоб побалувати наші очі,
08:10
we've got kinesins, which are the orange ones.
192
475000
3000
у нас тут є кінезини, ці оранжеві.
08:13
They're little molecular courier molecules walking one way.
193
478000
2000
Вони є маленькими молекулами-кур'єрами, які йдуть в одну сторону.
08:15
And here are the dynein. They're carrying that broadcasting system.
194
480000
3000
А ось динеїн. Він виконує функцію транслювання.
08:18
And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on.
195
483000
3000
Вони мають довгі ноги, щоб мати змогу переступати через перешкоди.
08:21
So again, this is all derived accurately
196
486000
2000
І, знову ж таки, це все передано
08:23
from the science.
197
488000
2000
з науковою точністю.
08:25
The problem is we can't show it to you any other way.
198
490000
3000
Справа в тому, що ми не можемо ніяким іншим чином Вам цього показати.
08:28
Exploring at the frontier of science,
199
493000
2000
Дослідження на межі науки
08:30
at the frontier of human understanding,
200
495000
2000
і на межі людського розуміння
08:32
is mind-blowing.
201
497000
3000
є приголомшливими.
08:35
Discovering this stuff
202
500000
2000
Відкрити ці речі є,
08:37
is certainly a pleasurable incentive to work in science.
203
502000
3000
звичайно, приємним стимулом займатись наукою.
08:40
But most medical researchers --
204
505000
3000
Але більшість медичних досліджень,
08:43
discovering the stuff
205
508000
2000
відкриттів - це
08:45
is simply steps along the path to the big goals,
206
510000
3000
просто кроки на шляху до великих цілей:
08:48
which are to eradicate disease,
207
513000
3000
викоренити хвороби,
08:51
to eliminate the suffering and the misery that disease causes
208
516000
2000
знищити страждання і нещастя, викликані хворобами,
08:53
and to lift people out of poverty.
209
518000
2000
і визволити людей від злиднів.
08:55
Thank you.
210
520000
2000
Дякую
08:57
(Applause)
211
522000
4000
(оплески)
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