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:
Readability: 4.4
2,509,183 views
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
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
皆さんにお見せするのは
00:17
are the astonishing molecular machines
1
2000
4000
人体の生体組織を造っている
00:21
that create the living fabric of your body.
2
6000
3000
驚くべき分子マシンです
00:24
Now molecules are really, really tiny.
3
9000
3000
分子は非常に非常に小さいのです
00:27
And by tiny,
4
12000
2000
本当に
00:29
I mean really.
5
14000
2000
かなり小さいのです
00:31
They're smaller than a wavelength of light,
6
16000
2000
光の波長より小さいので
00:33
so we have no way to directly observe them.
7
18000
3000
直接見ることはできません
00:36
But through science, we do have a fairly good idea
8
21000
2000
でも科学のおかげで小さな分子の世界で
00:38
of what's going on down at the molecular scale.
9
23000
3000
何が起きているのか かなり分かっています
00:41
So what we can do is actually tell you about the molecules,
10
26000
3000
しかし分子についてお話する事はできても
00:44
but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
11
29000
3000
お見せする直接の方法はありません
00:47
One way around this is to draw pictures.
12
32000
3000
見えないものを 絵で表現するという方法は
00:50
And this idea is actually nothing new.
13
35000
2000
決して目新しいものではありません
00:52
Scientists have always created pictures
14
37000
2000
科学者達はこれまでも
00:54
as part of their thinking and discovery process.
15
39000
3000
考えや発見の段階で絵を使ってきました
00:57
They draw pictures of what they're observing with their eyes,
16
42000
3000
望遠鏡や顕微鏡を覗いて見た事や
01:00
through technology like telescopes and microscopes,
17
45000
2000
頭の中で考えている事を
01:02
and also what they're thinking about in their minds.
18
47000
3000
絵に描きました
01:05
I picked two well-known examples,
19
50000
2000
アートで科学を表現する
01:07
because they're very well-known for expressing science through art.
20
52000
3000
という点で有名な２つの例をご紹介します
01:10
And I start with Galileo
21
55000
2000
まずはガリレオ
01:12
who used the world's first telescope
22
57000
2000
世界初の望遠鏡で
01:14
to look at the Moon.
23
59000
2000
月をみた人物ですよね
01:16
And he transformed our understanding of the Moon.
24
61000
2000
月の知識を一変させました
01:18
The perception in the 17th century
25
63000
2000
17世紀当時 月は完璧な
01:20
was the Moon was a perfect heavenly sphere.
26
65000
2000
美しい球体だとされていましたが
01:22
But what Galileo saw was a rocky, barren world,
27
67000
3000
ガリレオが見たのはゴツゴツした不毛なもので
01:25
which he expressed through his watercolor painting.
28
70000
3000
彼はそれを水彩画で表現しました
01:28
Another scientist with very big ideas,
29
73000
2000
もう一人は チャールズ・ダーウィンです
01:30
the superstar of biology, is Charles Darwin.
30
75000
3000
壮大な考えを持っていた生物学界のスターです
01:33
And with this famous entry in his notebook,
31
78000
2000
この有名なスケッチの左上には
01:35
he begins in the top left-hand corner with, "I think,"
32
80000
3000
「私の考えでは」とありそれから
01:38
and then sketches out the first tree of life,
33
83000
3000
最初の生命の樹が描かれています
01:41
which is his perception
34
86000
2000
地球上の全生物が
01:43
of how all the species, all living things on Earth,
35
88000
2000
進化過程でどう繋がっているか
01:45
are connected through evolutionary history --
36
90000
3000
という彼の説を表しています
01:48
the origin of species through natural selection
37
93000
2000
祖先からの多様化と
01:50
and divergence from an ancestral population.
38
95000
3000
自然淘汰による生物種の起源が表現されています
01:53
Even as a scientist,
39
98000
2000
ところで 科学者の私でさえ
01:55
I used to go to lectures by molecular biologists
40
100000
2000
分子生物学の講義を受けては
01:57
and find them completely incomprehensible,
41
102000
3000
研究の説明に専門用語や特殊用語が頻出し
02:00
with all the fancy technical language and jargon
42
105000
2000
内容が全く理解できない
02:02
that they would use in describing their work,
43
107000
2000
と感じることが よくありました
02:04
until I encountered the artworks of David Goodsell,
44
109000
3000
そんな時分子生物学者デイヴィッド・グッドセルの
02:07
who is a molecular biologist at the Scripps Institute.
45
112000
3000
美術作品に出会いました
02:10
And his pictures,
46
115000
2000
彼の絵は 構造も縮尺も
02:12
everything's accurate and it's all to scale.
47
117000
2000
正確に表現されています
02:14
And his work illuminated for me
48
119000
3000
体内の分子世界がどうなっているのかが
02:17
what the molecular world inside us is like.
49
122000
2000
彼の作品では理解できました
02:19
So this is a transection through blood.
50
124000
3000
例えば 血液の断面図です
02:22
In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area.
51
127000
2000
左上の端の黄緑色のエリアがありますね
02:24
The yellow-green area is the fluids of blood, which is mostly water,
52
129000
3000
これは血液の流体でほとんどが水ですが
02:27
but it's also antibodies, sugars,
53
132000
2000
免疫体 糖 ホルモン等を
02:29
hormones, that kind of thing.
54
134000
2000
含んでいます
02:31
And the red region is a slice into a red blood cell.
55
136000
2000
赤色の所は赤血球の断面で
02:33
And those red molecules are hemoglobin.
56
138000
2000
赤い分子はヘモグロビンです
02:35
They are actually red; that's what gives blood its color.
57
140000
2000
血液が赤いのはこのためです
02:37
And hemoglobin acts as a molecular sponge
58
142000
2000
ヘモグロビンは分子のスポンジの役割をし
02:39
to soak up the oxygen in your lungs
59
144000
2000
酸素を肺で吸収し
02:41
and then carry it to other parts of the body.
60
146000
2000
体全体に運びます
02:43
I was very much inspired by this image many years ago,
61
148000
3000
私は何年も前に この絵に刺激され
02:46
and I wondered whether we could use computer graphics
62
151000
2000
コンピューターグラフィックを用いて
02:48
to represent the molecular world.
63
153000
2000
分子の世界を表現できないか考えました
02:50
What would it look like?
64
155000
2000
どう見えるだろうなぁって
02:52
And that's how I really began. So let's begin.
65
157000
3000
そこから始めたんです ではいきますよ
02:55
This is DNA in its classic double helix form.
66
160000
2000
ご存知の２重螺旋のDNA
02:57
And it's from X-ray crystallography,
67
162000
2000
こちらX線解析によるもので
02:59
so it's an accurate model of DNA.
68
164000
2000
正確なDNAのモデルです
03:01
If we unwind the double helix and unzip the two strands,
69
166000
2000
螺旋をばらして２つの鎖を解くと
03:03
you see these things that look like teeth.
70
168000
2000
歯のようなものが現れます
03:05
Those are the letters of genetic code,
71
170000
2000
これは遺伝子コードの文字列で
03:07
the 25,000 genes you've got written in your DNA.
72
172000
3000
25,000のヒトの遺伝子をDNA上に書いています
03:10
This is what they typically talk about --
73
175000
2000
遺伝子コードってよく耳にしますね
03:12
the genetic code -- this is what they're talking about.
74
177000
2000
ご覧のこれがまさにそれなんです
03:14
But I want to talk about a different aspect of DNA science,
75
179000
2000
ここではDNA科学の違った側面＿
03:16
and that is the physical nature of DNA.
76
181000
3000
DNAの物理的な性質をお話します
03:19
It's these two strands that run in opposite directions
77
184000
3000
これは逆向きに並んでいる２本の鎖です
03:22
for reasons I can't go into right now.
78
187000
2000
細かい理由は省きますが
03:24
But they physically run in opposite directions,
79
189000
2000
鎖の方向性が逆になっているため
03:26
which creates a number of complications for your living cells,
80
191000
3000
私たちの細胞にとって不便なことが起こります
03:29
as you're about to see,
81
194000
2000
ご覧になればわかりますが
03:31
most particularly when DNA is being copied.
82
196000
3000
特にDNAの複写時に面倒なことが起こります
03:34
And so what I'm about to show you
83
199000
2000
次の画像は 今まさに
03:36
is an accurate representation
84
201000
2000
皆さんの体内でも活動している
03:38
of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body,
85
203000
3000
DNA複製機の正確なモデルです
03:41
at least 2002 biology.
86
206000
3000
2002年時点の生物学ですが
03:44
So DNA's entering the production line from the left-hand side,
87
209000
3000
DNAが左側から生産ラインに入って行き､
03:47
and it hits this collection, these miniature biochemical machines,
88
212000
3000
二本のDNAをバラバラにし 全く同じコピーを作る
03:50
that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.
89
215000
3000
超小型 生物化学装置に達します
03:53
So DNA comes in
90
218000
2000
DNAが入ってきて
03:55
and hits this blue, doughnut-shaped structure
91
220000
2000
ドーナツ型の青い部分にあたると
03:57
and it's ripped apart into its two strands.
92
222000
2000
鎖は２本に引き裂かれます
03:59
One strand can be copied directly,
93
224000
2000
片方の鎖は直接複写され
04:01
and you can see these things spooling off to the bottom there.
94
226000
3000
下の方へ巻き落ちて行きますが
04:04
But things aren't so simple for the other strand
95
229000
2000
もう片方の鎖では そう単純にはいきません
04:06
because it must be copied backwards.
96
231000
2000
前後逆に複製する必要があるからです
04:08
So it's thrown out repeatedly in these loops
97
233000
2000
繰り返し この様なループにされ
04:10
and copied one section at a time,
98
235000
2000
一部ごと複写されて
04:12
creating two new DNA molecules.
99
237000
3000
２セットの二本鎖DNA分子が造られます
04:15
Now you have billions of this machine
100
240000
3000
今こうしている間もあなたの体内で
04:18
right now working away inside you,
101
243000
2000
何十億個ものこの機械が活動し
04:20
copying your DNA with exquisite fidelity.
102
245000
2000
精巧かつ完全な複製を作っています
04:22
It's an accurate representation,
103
247000
2000
正確に表現できています
04:24
and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you.
104
249000
3000
複写速度も ほぼこの速さです
04:27
I've left out error correction and a bunch of other things.
105
252000
3000
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
04:32
This was work from a number of years ago.
106
257000
2000
ここまでは数年前の作品です
04:34
Thank you.
107
259000
2000
ありがとうございます
04:36
This is work from a number of years ago,
108
261000
3000
これは随分前のものでしたが 今からお見せするのは
04:39
but what I'll show you next is updated science, it's updated technology.
109
264000
3000
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
04:42
So again, we begin with DNA.
110
267000
2000
今回も DNAから始めましょう
04:44
And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules,
111
269000
3000
通常は分子を含んだ液体の中で振動していますが
04:47
which I've stripped away so you can see something.
112
272000
2000
見やすいように液体を取り除きました
04:49
DNA is about two nanometers across,
113
274000
2000
DNAの幅は約２ナノメートルで
04:51
which is really quite tiny.
114
276000
2000
とても小さいのですが
04:53
But in each one of your cells,
115
278000
2000
私たちの細胞内のDNAは
04:55
each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.
116
280000
4000
3千から4千ナノメートルの長さがあります
04:59
So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,
117
284000
3000
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
05:02
it's wrapped around these purple proteins --
118
287000
2000
タンパク質が周りを包んでいます
05:04
or I've labeled them purple here.
119
289000
2000
ここでは紫色で現されています
05:06
It's packaged up and bundled up.
120
291000
2000
包まれて束ねられています
05:08
All this field of view is a single strand of DNA.
121
293000
3000
画面全体に広がるのはたった１本のDNAなんですよ
05:11
This huge package of DNA is called a chromosome.
122
296000
3000
この巨大なDNAの包みが染色体です
05:14
And we'll come back to chromosomes in a minute.
123
299000
3000
染色体については後でお話しするとして
05:17
We're pulling out, we're zooming out,
124
302000
2000
ズームアウトして
05:19
out through a nuclear pore,
125
304000
2000
全DNAを含む
05:21
which is the gateway to this compartment that holds all the DNA
126
306000
3000
細胞核という所から 核膜孔を抜けて
05:24
called the nucleus.
127
309000
2000
出て見ましょう
05:26
All of this field of view
128
311000
2000
ちなみに映っているものは
05:28
is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes.
129
313000
3000
生物のクラス 一学期分に値しますが 7分しかないので
05:31
So we're not going to be able to do that today?
130
316000
3000
今日は全部お話できませんね？
05:34
No, I'm being told, "No."
131
319000
3000
「駄目」だそうです
05:37
This is the way a living cell looks down a light microscope.
132
322000
3000
光学顕微鏡で覗くと細胞はこう見えます
05:40
And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving.
133
325000
3000
低速度撮影のため動くのが見えています
05:43
The nuclear envelope breaks down.
134
328000
2000
核膜が破れました
05:45
These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them.
135
330000
3000
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
05:48
They go through this very striking motion
136
333000
2000
染色体が著しい動きをしている
05:50
that is focused on these little red spots.
137
335000
3000
箇所が赤い部分に集中しています
05:53
When the cell feels it's ready to go,
138
338000
3000
細胞分裂の準備が整うと
05:56
it rips apart the chromosome.
139
341000
2000
染色体は２つに分かれ
05:58
One set of DNA goes to one side,
140
343000
2000
一組のDNAセットは一方へ
06:00
the other side gets the other set of DNA --
141
345000
2000
もう一組は他方へ行きます
06:02
identical copies of DNA.
142
347000
2000
複製した全く同じDNAです
06:04
And then the cell splits down the middle.
143
349000
2000
そして細胞が真ん中で分離します
06:06
And again, you have billions of cells
144
351000
2000
繰り返しますが今も体内では
06:08
undergoing this process right now inside of you.
145
353000
3000
何十億という細胞がこうして分裂しています
06:11
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes
146
356000
3000
では少し巻き戻して 染色体だけに着目して
06:14
and look at its structure and describe it.
147
359000
2000
構造を見て 解説しましょう
06:16
So again, here we are at that equator moment.
148
361000
3000
分裂の瞬間に戻ってきました
06:19
The chromosomes line up.
149
364000
2000
染色体が並んでいます
06:21
And if we isolate just one chromosome,
150
366000
2000
１つの染色体を取り出して
06:23
we're going to pull it out and have a look at its structure.
151
368000
2000
構造を見てみましょう
06:25
So this is one of the biggest molecular structures that you have,
152
370000
3000
これは現在の生物学上 体内で
06:28
at least as far as we've discovered so far inside of us.
153
373000
4000
最も大きい分子構造の１つです
06:32
So this is a single chromosome.
154
377000
2000
これが１つの染色体で
06:34
And you have two strands of DNA in each chromosome.
155
379000
3000
分裂期の染色体には２つのDNAの鎖が入っています
06:37
One is bundled up into one sausage.
156
382000
2000
一方は１つのソーセージに
06:39
The other strand is bundled up into the other sausage.
157
384000
2000
他方は別のに束ねられています
06:41
These things that look like whiskers that are sticking out from either side
158
386000
3000
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
06:44
are the dynamic scaffolding of the cell.
159
389000
3000
ここは微小管といいます 細胞分裂の足場になります
06:47
They're called mircrotubules. That name's not important.
160
392000
2000
名前は重要ではありません
06:49
But what we're going to focus on is this red region -- I've labeled it red here --
161
394000
3000
赤く色付けられた所に注目しましょう
06:52
and it's the interface
162
397000
2000
ここは 伸び縮みする足場と
06:54
between the dynamic scaffolding and the chromosomes.
163
399000
3000
染色体の結合部です
06:57
It is obviously central to the movement of the chromosomes.
164
402000
3000
明らかに 染色体の動きの中枢です
07:00
We have no idea really as to how it's achieving that movement.
165
405000
3000
この動きの仕組みは はっきり解っていません
07:03
We've been studying this thing they call the kinetochore
166
408000
2000
これは動原体と呼ばれて かなり綿密に
07:05
for over a hundred years with intense study,
167
410000
2000
100年以上研究されてきましたが
07:07
and we're still just beginning to discover what it's all about.
168
412000
3000
その働きが やっと少しずつ解ってきたところです
07:10
It is made up of about 200 different types of proteins,
169
415000
3000
合計数千個にも及ぶ約200種類もの
07:13
thousands of proteins in total.
170
418000
3000
タンパク質から出来ています
07:16
It is a signal broadcasting system.
171
421000
3000
動原体は 信号伝達のシステムです
07:19
It broadcasts through chemical signals
172
424000
2000
全てが揃って準備ができると
07:21
telling the rest of the cell when it's ready,
173
426000
3000
細胞の他の部分に
07:24
when it feels that everything is aligned and ready to go
174
429000
3000
染色体が切り離せる状態であることを
07:27
for the separation of the chromosomes.
175
432000
2000
化学的な信号で知らせます
07:29
It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
176
434000
3000
動原体は伸縮する微小管に結合する働きもします
07:32
It's involved with the growing of the microtubules,
177
437000
3000
それは微小管を伸ばすと同時に
07:35
and it's able to transiently couple onto them.
178
440000
3000
一時的に結合することも出来ます
07:38
It's also an attention sensing system.
179
443000
2000
これは検知システムでもあり
07:40
It's able to feel when the cell is ready,
180
445000
2000
細胞が準備できた時や染色体が
07:42
when the chromosome is correctly positioned.
181
447000
2000
正しく並べられた時が分かります
07:44
It's turning green here
182
449000
2000
全てが準備できると
07:46
because it feels that everything is just right.
183
451000
2000
ここが緑色に変わります
07:48
And you'll see, there's this one little last bit
184
453000
2000
ここに 小さく１つだけ
07:50
that's still remaining red.
185
455000
2000
赤色のままのものが あります
07:52
And it's walked away down the microtubules.
186
457000
3000
赤色部分は微小管を歩いて離れていきます
07:56
That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.
187
461000
3000
これは伝達システムが「停止」の信号を送っているのです
07:59
And it's walked away. I mean, it's that mechanical.
188
464000
3000
歩いて離れる まさに機械的な動作です
08:02
It's molecular clockwork.
189
467000
2000
細かく正確な動きです
08:04
This is how you work at the molecular scale.
190
469000
3000
このように分子の世界は動いています
08:07
So with a little bit of molecular eye candy,
191
472000
3000
ちょっと見た目が面白い分子に
08:10
we've got kinesins, which are the orange ones.
192
475000
3000
オレンジ色のキネシンがあります
08:13
They're little molecular courier molecules walking one way.
193
478000
2000
小さな分子の運び屋で左に進んでいます
08:15
And here are the dynein. They're carrying that broadcasting system.
194
480000
3000
これはダイニンで 伝達システムを担っています
08:18
And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on.
195
483000
3000
ダイニンは長い脚で障害物をかわしたりします
08:21
So again, this is all derived accurately
196
486000
2000
これは科学から得られた情報を
08:23
from the science.
197
488000
2000
正確に画像としたもので
08:25
The problem is we can't show it to you any other way.
198
490000
3000
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
他の方法では見ることができません
08:28
Exploring at the frontier of science,
199
493000
2000
最先端の科学や 最先端の
08:30
at the frontier of human understanding,
200
495000
2000
人類の知識を探求することは
08:32
is mind-blowing.
201
497000
3000
強烈で刺激的なものです
08:35
Discovering this stuff
202
500000
2000
このような発見が
08:37
is certainly a pleasurable incentive to work in science.
203
502000
3000
科学者の原動力になっていることは確かです
08:40
But most medical researchers --
204
505000
3000
しかし 殆どの医療研究者にとって
08:43
discovering the stuff
205
508000
2000
このような発見をすることは
08:45
is simply steps along the path to the big goals,
206
510000
3000
大きな目標への通過点でしかありません
08:48
which are to eradicate disease,
207
513000
3000
大きな目標は病気を撲滅し
08:51
to eliminate the suffering and the misery that disease causes
208
516000
2000
病気からの苦しみや悲しみをなくし
08:53
and to lift people out of poverty.
209
518000
2000
貧困をなくす事です
08:55
Thank you.
210
520000
2000
ありがとうございました
08:57
(Applause)
211
522000
4000
(拍手)
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