TEDxSydney
Drew Berry: Animations of unseeable biology
Дрю Берри: Анимация невидимой биологии
Filmed:
Readability: 4.4
2,509,183 views
У нас нет возможности напрямую увидеть молекулы и то, что они делают. Дрю Берри хочет это изменить. На конференции TEDxSydney он показывает свою научно достоверную и вместе с тем увлекательную анимацию, которая помогает учёным визуализировать невидимые процессы внутри наших клеток.
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
Я хочу показать вам
00:17
are the astonishing molecular machines
1
2000
4000
удивительные молекулярные устройства,
00:21
that create the living fabric of your body.
2
6000
3000
которые создают живые ткани вашего тела.
00:24
Now molecules are really, really tiny.
3
9000
3000
Молекулы крохотны.
00:27
And by tiny,
4
12000
2000
И говоря «крохотны»,
00:29
I mean really.
5
14000
2000
я говорю об очень и очень маленьких величинах.
00:31
They're smaller than a wavelength of light,
6
16000
2000
Они меньше, чем длина волны света,
00:33
so we have no way to directly observe them.
7
18000
3000
поэтому у нас нет возможности напрямую их увидеть.
00:36
But through science, we do have a fairly good idea
8
21000
2000
C помощью науки мы хорошо представляем то,
00:38
of what's going on down at the molecular scale.
9
23000
3000
что происходит на молекулярном уровне.
00:41
So what we can do is actually tell you about the molecules,
10
26000
3000
Но всё, что мы можем сделать, это рассказать о молекулах,
00:44
but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
11
29000
3000
потому что у нас нет способа показать их.
00:47
One way around this is to draw pictures.
12
32000
3000
Один из способов это сделать — изобразить их на рисунке.
00:50
And this idea is actually nothing new.
13
35000
2000
И в этой идее, на самом деле, нет ничего нового.
00:52
Scientists have always created pictures
14
37000
2000
Учёные всегда рисовали
00:54
as part of their thinking and discovery process.
15
39000
3000
в процессе обдумывания или открытия.
00:57
They draw pictures of what they're observing with their eyes,
16
42000
3000
Они рисовали картинки того, что они наблюдают своими глазами,
01:00
through technology like telescopes and microscopes,
17
45000
2000
с помощью технологий, будь то телескоп или микроскоп,
01:02
and also what they're thinking about in their minds.
18
47000
3000
а также того, о чем они думают.
01:05
I picked two well-known examples,
19
50000
2000
Я выбрал два хорошо известных примера,
01:07
because they're very well-known for expressing science through art.
20
52000
3000
потому что они широко известны как изображение науки через искусство.
01:10
And I start with Galileo
21
55000
2000
И я начну с Галилео,
01:12
who used the world's first telescope
22
57000
2000
который использовал первый в мире телескоп,
01:14
to look at the Moon.
23
59000
2000
чтобы увидеть Луну.
01:16
And he transformed our understanding of the Moon.
24
61000
2000
Он изменил наше понимание Луны.
01:18
The perception in the 17th century
25
63000
2000
В 17 веке полагали, что Луна —
01:20
was the Moon was a perfect heavenly sphere.
26
65000
2000
идеальное небесное тело.
01:22
But what Galileo saw was a rocky, barren world,
27
67000
3000
Но Галилео увидел каменистый, бесплодный мир,
01:25
which he expressed through his watercolor painting.
28
70000
3000
который он и передал в своём акварельном рисунке.
01:28
Another scientist with very big ideas,
29
73000
2000
Другой учёный, основоположник великих идей,
01:30
the superstar of biology, is Charles Darwin.
30
75000
3000
звезда биологии — Чарльз Дарвин.
01:33
And with this famous entry in his notebook,
31
78000
2000
Свою знаменитую запись в блокноте
01:35
he begins in the top left-hand corner with, "I think,"
32
80000
3000
он начинает с фразы «Я думаю» в верхнем левом углу,
01:38
and then sketches out the first tree of life,
33
83000
3000
а затем рисует первое древо жизни,
01:41
which is his perception
34
86000
2000
которое является его пониманием того,
01:43
of how all the species, all living things on Earth,
35
88000
2000
как все виды, всё живущее на земле,
01:45
are connected through evolutionary history --
36
90000
3000
связаны историей эволюции —
01:48
the origin of species through natural selection
37
93000
2000
происхождение видов путём естественного отбора
01:50
and divergence from an ancestral population.
38
95000
3000
и расхождение в развитии со своими предками.
01:53
Even as a scientist,
39
98000
2000
Став учёным,
01:55
I used to go to lectures by molecular biologists
40
100000
2000
я нередко посещал лекции молекулярных биологов
01:57
and find them completely incomprehensible,
41
102000
3000
и они казались мне совершенно непонятными,
02:00
with all the fancy technical language and jargon
42
105000
2000
ведь для описания исследований использовался
02:02
that they would use in describing their work,
43
107000
2000
сложный технический язык и жаргон,
02:04
until I encountered the artworks of David Goodsell,
44
109000
3000
до тех пор пока я не встретил работы Дэвида Гудсела,
02:07
who is a molecular biologist at the Scripps Institute.
45
112000
3000
молекулярного биолога в институте Скрипс.
02:10
And his pictures,
46
115000
2000
И его картины,
02:12
everything's accurate and it's all to scale.
47
117000
2000
где всё точно и вымерено.
02:14
And his work illuminated for me
48
119000
3000
Его работы пролили свет на то,
02:17
what the molecular world inside us is like.
49
122000
2000
как выглядит молекулярный мир внутри нас.
02:19
So this is a transection through blood.
50
124000
3000
Вот поперечное сечение крови.
02:22
In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area.
51
127000
2000
В верхнем левом углу вы видите жёлто-зелёную зону.
02:24
The yellow-green area is the fluids of blood, which is mostly water,
52
129000
3000
Жёлто-зелёная зона — плазма крови, которая состоит в основном из воды,
02:27
but it's also antibodies, sugars,
53
132000
2000
а также антител, сахара,
02:29
hormones, that kind of thing.
54
134000
2000
гормонов, и тому подобного.
02:31
And the red region is a slice into a red blood cell.
55
136000
2000
Красная зона — слой красных кровяных клеток.
02:33
And those red molecules are hemoglobin.
56
138000
2000
А вот эти красные молекулы — гемоглобин.
02:35
They are actually red; that's what gives blood its color.
57
140000
2000
Они на самом деле красные, именно они придают крови цвет.
02:37
And hemoglobin acts as a molecular sponge
58
142000
2000
А гемоглобин играет роль молекулярной губки,
02:39
to soak up the oxygen in your lungs
59
144000
2000
он впитывает кислород в лёгких,
02:41
and then carry it to other parts of the body.
60
146000
2000
и переносит его другим частям тела.
02:43
I was very much inspired by this image many years ago,
61
148000
3000
Много лет назад я был очень вдохновлён этим рисунком,
02:46
and I wondered whether we could use computer graphics
62
151000
2000
и спрашивал себя, можно ли использовать компьютерную графику
02:48
to represent the molecular world.
63
153000
2000
для воспроизведения молекулярного мира.
02:50
What would it look like?
64
155000
2000
Как он будет выглядеть?
02:52
And that's how I really began. So let's begin.
65
157000
3000
И вот с этого всё и началось. Давайте начнём.
02:55
This is DNA in its classic double helix form.
66
160000
2000
Это ДНК в своей классической форме из двух спиралей.
02:57
And it's from X-ray crystallography,
67
162000
2000
Она воспроизведена с помощью рентгеновской кристаллографии
02:59
so it's an accurate model of DNA.
68
164000
2000
и является точной моделью ДНК.
03:01
If we unwind the double helix and unzip the two strands,
69
166000
2000
Если мы раскрутим двойную спираль и разъединим две цепи,
03:03
you see these things that look like teeth.
70
168000
2000
вы увидите, что они похожи на зубы.
03:05
Those are the letters of genetic code,
71
170000
2000
Это буквы генетического кода,
03:07
the 25,000 genes you've got written in your DNA.
72
172000
3000
25 000 генов, входящих в ДНК.
03:10
This is what they typically talk about --
73
175000
2000
Вот о чем обычно говорят —
03:12
the genetic code -- this is what they're talking about.
74
177000
2000
генетический код — именно об этом говорят.
03:14
But I want to talk about a different aspect of DNA science,
75
179000
2000
Но я хочу поговорить о другом аспекте науки о ДНК
03:16
and that is the physical nature of DNA.
76
181000
3000
и это физическая сущность ДНК.
03:19
It's these two strands that run in opposite directions
77
184000
3000
Это две цепи, которые движутся в противоположные стороны,
03:22
for reasons I can't go into right now.
78
187000
2000
по причинам, в которые я не буду сейчас углубляться.
03:24
But they physically run in opposite directions,
79
189000
2000
Но они физически движутся в противоположных направлениях,
03:26
which creates a number of complications for your living cells,
80
191000
3000
что добавляет много сложностей живым клеткам,
03:29
as you're about to see,
81
194000
2000
в чем вы сейчас убедитесь,
03:31
most particularly when DNA is being copied.
82
196000
3000
а особенно при репликации ДНК.
03:34
And so what I'm about to show you
83
199000
2000
Я вам сейчас покажу
03:36
is an accurate representation
84
201000
2000
точное воспроизведение
03:38
of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body,
85
203000
3000
настоящего репликационного устройства ДНК, которое сейчас работает внутри вашего тела,
03:41
at least 2002 biology.
86
206000
3000
по крайней мере, согласно нашему пониманию в 2002-м.
03:44
So DNA's entering the production line from the left-hand side,
87
209000
3000
ДНК вступает на производственную линию с левой стороны
03:47
and it hits this collection, these miniature biochemical machines,
88
212000
3000
и сталкивается с этой коллекцией маленьких биохимических устройств,
03:50
that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy.
89
215000
3000
которые разрывают цепь ДНК и производят её точную копию.
03:53
So DNA comes in
90
218000
2000
Итак, ДНК входит, сталкивается
03:55
and hits this blue, doughnut-shaped structure
91
220000
2000
с голубой частицей в виде бублика
03:57
and it's ripped apart into its two strands.
92
222000
2000
и разрывается на две цепи.
03:59
One strand can be copied directly,
93
224000
2000
Одна цепь может быть скопирована напрямую,
04:01
and you can see these things spooling off to the bottom there.
94
226000
3000
и вы можете видеть, как эти частицы отсоединяются внизу.
04:04
But things aren't so simple for the other strand
95
229000
2000
Но для другой полосы всё не так просто,
04:06
because it must be copied backwards.
96
231000
2000
потому что её нужно копировать в обратном направлении.
04:08
So it's thrown out repeatedly in these loops
97
233000
2000
Поэтому она несколько раз попадает в эти петли
04:10
and copied one section at a time,
98
235000
2000
и копируется по одной секции за раз,
04:12
creating two new DNA molecules.
99
237000
3000
создавая две новых молекулы ДНК.
04:15
Now you have billions of this machine
100
240000
3000
Представьте, сейчас внутри вас
04:18
right now working away inside you,
101
243000
2000
работают миллиарды таких устройств,
04:20
copying your DNA with exquisite fidelity.
102
245000
2000
копируя вашу ДНК с высокой точностью.
04:22
It's an accurate representation,
103
247000
2000
Это реалистичное воспроизведение
04:24
and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you.
104
249000
3000
и с практически той же скоростью, как и внутри вас.
04:27
I've left out error correction and a bunch of other things.
105
252000
3000
Я пропущу коррекцию ошибок и некоторые другие вещи.
04:32
This was work from a number of years ago.
106
257000
2000
Эта работа была сделана несколько лет назад.
04:34
Thank you.
107
259000
2000
Спасибо.
04:36
This is work from a number of years ago,
108
261000
3000
Эта работа была сделана несколько лет назад,
04:39
but what I'll show you next is updated science, it's updated technology.
109
264000
3000
а то, что я покажу вам дальше, это современная наука, современные технологии.
04:42
So again, we begin with DNA.
110
267000
2000
Итак, мы снова начинаем с ДНК.
04:44
And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules,
111
269000
3000
И она крутится и вертится из-за окружающего её молекулярного супа,
04:47
which I've stripped away so you can see something.
112
272000
2000
который я убрал, чтобы вы смогли что-то увидеть.
04:49
DNA is about two nanometers across,
113
274000
2000
Ширина ДНК около двух нанометров,
04:51
which is really quite tiny.
114
276000
2000
то есть на самом деле она очень маленькая.
04:53
But in each one of your cells,
115
278000
2000
Но в каждой из ваших клеток,
04:55
each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long.
116
280000
4000
каждая цепь ДНК составляет от 30 до 40 миллионов нанометров в длину.
04:59
So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code,
117
284000
3000
Поэтому для того, чтобы сохранять организацию ДНК и регулировать доступ к генетическому коду,
05:02
it's wrapped around these purple proteins --
118
287000
2000
она обвивает вот эти фиолетовые протеины —
05:04
or I've labeled them purple here.
119
289000
2000
я выделил их фиолетовым цветом.
05:06
It's packaged up and bundled up.
120
291000
2000
Она упакована и связана.
05:08
All this field of view is a single strand of DNA.
121
293000
3000
Всё, что вы видите — это одна цепь ДНК.
05:11
This huge package of DNA is called a chromosome.
122
296000
3000
Вот эта большая упаковка ДНК называется хромосомой.
05:14
And we'll come back to chromosomes in a minute.
123
299000
3000
И мы вернёмся к хромосомам через минуту.
05:17
We're pulling out, we're zooming out,
124
302000
2000
Мы вырываем, увеличиваем,
05:19
out through a nuclear pore,
125
304000
2000
выводим через ядерную пору,
05:21
which is the gateway to this compartment that holds all the DNA
126
306000
3000
которая является выходом в это отделение, где хранятся все ДНК,
05:24
called the nucleus.
127
309000
2000
и которое называется ядро.
05:26
All of this field of view
128
311000
2000
Всё, что вы здесь видите,
05:28
is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes.
129
313000
3000
это целый курс биологии, а у меня — 7 минут.
05:31
So we're not going to be able to do that today?
130
316000
3000
Значит, у нас не получится заняться этим сегодня?
05:34
No, I'm being told, "No."
131
319000
3000
Нет, мне говорят «Нет».
05:37
This is the way a living cell looks down a light microscope.
132
322000
3000
Вот так выглядит живая клетка под микроскопом.
05:40
And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving.
133
325000
3000
Это было снято замедленной съёмкой, поэтому вы можете видеть, как все движется.
05:43
The nuclear envelope breaks down.
134
328000
2000
Ядерная оболочка разрывается.
05:45
These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them.
135
330000
3000
Вот эти частицы в форме сосисок — хромосомы, на них мы и обратим наше внимание.
05:48
They go through this very striking motion
136
333000
2000
Они совершают поразительные движения,
05:50
that is focused on these little red spots.
137
335000
3000
которые сфокусированы на этих маленьких красных точках.
05:53
When the cell feels it's ready to go,
138
338000
3000
Когда клетка чувствует, что она готова отделиться,
05:56
it rips apart the chromosome.
139
341000
2000
она разрывает хромосому на две части.
05:58
One set of DNA goes to one side,
140
343000
2000
Один набор ДНК отходит в одну сторону,
06:00
the other side gets the other set of DNA --
141
345000
2000
другой стороне достаётся другой набор ДНК,
06:02
identical copies of DNA.
142
347000
2000
идентичные копии ДНК.
06:04
And then the cell splits down the middle.
143
349000
2000
И затем клетка разрывается в середине.
06:06
And again, you have billions of cells
144
351000
2000
И повторю снова, внутри вас прямо сейчас
06:08
undergoing this process right now inside of you.
145
353000
3000
миллиарды клеток проходят через этот процесс.
06:11
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes
146
356000
3000
Сейчас мы вернёмся назад и обратим внимание на хромосомы,
06:14
and look at its structure and describe it.
147
359000
2000
посмотрим на их структуру и опишем её.
06:16
So again, here we are at that equator moment.
148
361000
3000
Мы наблюдаем переломный момент.
06:19
The chromosomes line up.
149
364000
2000
Хромосомы выстраиваются в линию.
06:21
And if we isolate just one chromosome,
150
366000
2000
Давайте отделим одну хромосому,
06:23
we're going to pull it out and have a look at its structure.
151
368000
2000
мы её выделим и посмотрим на её структуру.
06:25
So this is one of the biggest molecular structures that you have,
152
370000
3000
Итак, вот это одна из самых больших молекулярных структур, которые у нас есть,
06:28
at least as far as we've discovered so far inside of us.
153
373000
4000
по крайней мере, на настоящий момент исследований.
06:32
So this is a single chromosome.
154
377000
2000
Вот это одна хромосома.
06:34
And you have two strands of DNA in each chromosome.
155
379000
3000
В одной хромосоме у вас есть 2 цепи ДНК.
06:37
One is bundled up into one sausage.
156
382000
2000
Одна закручена в одну сосиску.
06:39
The other strand is bundled up into the other sausage.
157
384000
2000
Другая цепь закручена в другую сосиску.
06:41
These things that look like whiskers that are sticking out from either side
158
386000
3000
Вот эти частицы, которые похожи на усы, торчащие с обеих сторон,
06:44
are the dynamic scaffolding of the cell.
159
389000
3000
это движущаяся подложка клетки.
06:47
They're called mircrotubules. That name's not important.
160
392000
2000
Они называются микротрубочками. Это название не важно.
06:49
But what we're going to focus on is this red region -- I've labeled it red here --
161
394000
3000
Обратите внимание на эту красную зону —
06:52
and it's the interface
162
397000
2000
это взаимодействие
06:54
between the dynamic scaffolding and the chromosomes.
163
399000
3000
между динамической подложкой и хромосомами.
06:57
It is obviously central to the movement of the chromosomes.
164
402000
3000
Это важное место для движения хромосом.
07:00
We have no idea really as to how it's achieving that movement.
165
405000
3000
На самом деле мы не знаем, каким образом получается это движение.
07:03
We've been studying this thing they call the kinetochore
166
408000
2000
Мы изучаем это явление, которое называется кинетохор,
07:05
for over a hundred years with intense study,
167
410000
2000
на протяжении ста лет, с проведением серьёзных исследований
07:07
and we're still just beginning to discover what it's all about.
168
412000
3000
и мы только начинаем понимать, как всё происходит.
07:10
It is made up of about 200 different types of proteins,
169
415000
3000
Она состоит из около 200 различных видов протеинов,
07:13
thousands of proteins in total.
170
418000
3000
тысячи протеинов в сумме.
07:16
It is a signal broadcasting system.
171
421000
3000
Это одна сигнальная широковещательная система.
07:19
It broadcasts through chemical signals
172
424000
2000
Она вещает с помощью химических сигналов,
07:21
telling the rest of the cell when it's ready,
173
426000
3000
сообщая остальным элементам клетки, когда она готова,
07:24
when it feels that everything is aligned and ready to go
174
429000
3000
когда она чувствует, что всё согласовано и готово
07:27
for the separation of the chromosomes.
175
432000
2000
к отделению от хромосомы.
07:29
It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
176
434000
3000
Она способна объединиться с растущими и уменьшающимися микротрубочками.
07:32
It's involved with the growing of the microtubules,
177
437000
3000
Она связана с увеличением микротрубочек,
07:35
and it's able to transiently couple onto them.
178
440000
3000
и может ненадолго с ними объединяться.
07:38
It's also an attention sensing system.
179
443000
2000
Это также сенсорная система готовности.
07:40
It's able to feel when the cell is ready,
180
445000
2000
Она может чувствовать, когда клетка готова отсоединиться
07:42
when the chromosome is correctly positioned.
181
447000
2000
и когда хромосома расположена правильно.
07:44
It's turning green here
182
449000
2000
Здесь она становится зелёной,
07:46
because it feels that everything is just right.
183
451000
2000
потому что она чувствует, что все идёт правильно.
07:48
And you'll see, there's this one little last bit
184
453000
2000
Посмотрите, здесь одна частица
07:50
that's still remaining red.
185
455000
2000
все ещё красная.
07:52
And it's walked away down the microtubules.
186
457000
3000
Она уходит вдоль по микротрубочке.
07:56
That is the signal broadcasting system sending out the stop signal.
187
461000
3000
Это сигнальная широковещательная система посылает сигнал остановки.
07:59
And it's walked away. I mean, it's that mechanical.
188
464000
3000
Вот он ушёл. Смотрите, это сплошная механика.
08:02
It's molecular clockwork.
189
467000
2000
Это молекулярный часовой механизм.
08:04
This is how you work at the molecular scale.
190
469000
3000
Вот как вы работаете на молекулярном уровне.
08:07
So with a little bit of molecular eye candy,
191
472000
3000
А вот эти красивые частицы молекулярного мира,
08:10
we've got kinesins, which are the orange ones.
192
475000
3000
это кинезины, здесь они оранжевые.
08:13
They're little molecular courier molecules walking one way.
193
478000
2000
Это маленькие молекулярные курьеры, движущиеся в одном направлении.
08:15
And here are the dynein. They're carrying that broadcasting system.
194
480000
3000
Вот это динеин. Они поддерживают широковещательную систему.
08:18
And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on.
195
483000
3000
И у них длинные ноги, чтобы преодолевать помехи.
08:21
So again, this is all derived accurately
196
486000
2000
Повторю ещё раз, что всё это
08:23
from the science.
197
488000
2000
воспроизведено точно, согласно науке.
08:25
The problem is we can't show it to you any other way.
198
490000
3000
Проблема в том, что мы не можем это показать никак иначе.
08:28
Exploring at the frontier of science,
199
493000
2000
Исследования на острие науки,
08:30
at the frontier of human understanding,
200
495000
2000
на границе человеческого понимания —
08:32
is mind-blowing.
201
497000
3000
это сногсшибательно.
08:35
Discovering this stuff
202
500000
2000
Открытие таких явлений, на самом деле,
08:37
is certainly a pleasurable incentive to work in science.
203
502000
3000
хорошая причина чтобы работать в науке.
08:40
But most medical researchers --
204
505000
3000
Но большинство медицинских исследований…
08:43
discovering the stuff
205
508000
2000
Открытие таких явлений —
08:45
is simply steps along the path to the big goals,
206
510000
3000
это просто маленькие шаги по дороге к большим целям:
08:48
which are to eradicate disease,
207
513000
3000
избавится от болезней,
08:51
to eliminate the suffering and the misery that disease causes
208
516000
2000
устранить страдания и бедствия, которые порождаются заболеваниями
08:53
and to lift people out of poverty.
209
518000
2000
и вытащить людей из нищеты.
08:55
Thank you.
210
520000
2000
Спасибо.
08:57
(Applause)
211
522000
4000
(Аплодисменты)
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