Drū Berijs: Nesaskatāmās bioloģijas animācijas

Es jums paradīšu, pārsteidzošās molekulārās mašīnas, kas veido jūsu ķermeņa dzīvo materiālu. Molekulas ir ļoti, ļoti mazas. Ar „mazas” es domāju patiešām mazas. Tās ir mazākas nekā gaismas vilņa garums, tādēļ mums nav veidu, kā tās tieši novērot. Tomēr, izmantojot zinātni, mums ir visai labs priekšstats par to, kas notiek molekulārā mērogā. Tādēļ tas, ko varam darīt, ir pastāstīt par molekulām, taču mums nav tiešu veidu, kā parādīt molekulas.

Viens veids, kā to risināt, ir zīmēt attēlus. Šī doma nav nekāds jaunums. Zinātnieki vienmēr ir radījuši attēlus, kas ir daļa no domāšanas un atklāšanas procesa. Viņi attēlo to, ko redz savām acīm, izmantojot tādu tehnoloģiju kā teleskops vai mikroskops, kā arī to, ko viņi iztēlojas galvā. Izvēlējos divus labi pazīstamus piemērus, jo tie ir ļoti plaši zināmi veidi, kā zinātne parādīta ar mākslas palīdzību.

Sākšu ar Galileo, kurš izmantoja pirmo teleskopu pasaulē, lai skatītos uz Mēnesi. Viņš mainīja mūsu priekšstatu par Mēnesi. 17. gs. pastāvēja uzskats, ka Mēness ir ideāla debesu lode. Tomēr tas, ko ieraudzīja Galileo, bija akmeņaina, neauglīga pasaule, ko viņš arī attēloja savos akvareļa gleznojumos.

Cits zinātnieks ar ļoti lielām idejām, bioloģijas superzvaigzne – Čārlzs Darvins. Slaveno ierakstu piezīmju grāmatiņā viņš sāka ar „man šķiet” augšējā kreisajā stūrī un tad ieskicēja pirmo dzīvības koku, kas ir viņa uzskats par to, kā visas sugas, visas dzīvās būtnes uz Zemes, ir saistītas ar evolucionārās vēstures palīdzību – sugu izcelšanās, pamatojoties uz dabisko izlasi, un atdalīšanās no priekšteču populācijas.

Pat kā zinātnieks mēdzu apmeklēt molekulārbiologu lekcijas, un man tās šķita pilnīgi nesaprotamas sarežģītās tehniskās valodas un žargona dēļ, ko viņi izmantoja, aprakstot savu darbu, līdz iepazinos ar Deivida Gudsela, Skripsas institūta molekulārbiologa, mākslas darbiem. Viņa attēlos viss ir precīzs un atbilstošs mērogam. Viņa darbi man parādīja, kā izskatās molekulārā pasaule mūsos.

Lūk, asins šķērsgriezums. Augšējā kreisajā stūrī ir dzelteni zaļš laukums. Šis dzelteni zaļais laukums ir asins šķidrums, kas lielākoties sastāv no ūdens, kā arī antivielām un cukuriem, hormoniem un tamlīdzīgi. Sarkanais apvidus ir iegriezums sarkanajā asins šūnā. Tās sarkanās molekulas ir hemoglobīns. Tās patiešām ir sarkanas; tās mūsu asinīm dod sarkano krāsu. Hemoglobīns darbojas kā molekulārs sūklis, kas uzsūc skābekli no plaušām un tad to pārnes uz citām ķermeņa daļām.

Pirms daudziem gadiem mani ārkārtīgi iedvesmoja šis attēls, un es vēlējos uzzināt, vai varam izmantot datorgrafiku molekulārās pasaules attēlošanai. Kā tā izskatītos? Tā es arī patiešām visu sāku. Tātad nu sāksim.

Lūk, DNS klasiskajā dubulspirāles formā. Tā iegūta, izmantojot rentgena kristalogrāfiju, tādēļ ir precīzs DNS modelis. Ja attinam dubultspirāli un kā ar rāvējslēdzēju atvelkam šos divus pavedienus, tad varam redzēt šādu attēlu, kas izskatās kā zobi. Tie ir ģenētiskā koda burti; 25000 gēni, kas ierakstīti jūsu DNS. Tas ir tas, par ko parasti runā. Ģenētiskais kods – tieši par to parasti runā. Tomēr vēlos runāt par citu DNS zinātnes aspektu, un tā ir DNS fiziskā daba. Tās ir šīs divas ķēdes, kas stiepjas pretējos virzienos viena otrai, kam par pamatu ir iemesli, kuros neiedziļināšos. Tomēr tās fiziski stiepjas pretējos virzienos, kas rada vairākus sarezģījumus dzīvām šūnām, kā tūlīt redzēsiet, jo sevišķi tad, kad DNS tiek kopēta.

Tas, ko jums parādīšu, ir precīzs attēlojums DNS replikācijas mašīnai, kas pašlaik darbojas jūsu ķermenī; tā ir vismaz 2002. g. bioloģija. DNS ieiet ražošanas līnijā no kreisās puses, tā saskaras ar šiem sakopojumiem, miniatūrām bioķīmijas mašīnām, kas atplēš DNS pavedienu un rada precīzu kopiju. DNS ienāk un atduras pret šo zilo, virtuļveidīgo struktūru, kas tiek atplēsta divos pavedienos. Vienu pavedienu iespējams kopēt tieši, un varat redzēt, kā šīs lietas tiek attītas tur apakšā. Taču ne viss ir tik vienkārši ar otru pavedienu, jo tas ir jākopē atmuguriski. Tādēļ tas tiek atkārtoti izmests šādās cilpās un vienā reizē tiek kopēts viens fragments, radot divas jaunas DNS molekulas.

Jums ir miljardiem šādu mašīnu, kas pašlaik jūsos strādā, kas kopē DNS ar ārkārtīgu precizitāti. Tas ir precīzs atspoguļojums, un principā notiek atbilstoši tam ātrumam, kāds notiek jūsos. Esmu izlaidis kļūdu labošanu un vēl pāris lietas. Šis darbs tika radīts pirms vairākiem gadiem. Paldies.

Šis darbs tika radīts pirms vairākiem gadiem, taču nu es jums parādīšu jaunāko zinātni, jaunāko tehnoloģiju. Tādēļ atkal sāksim ar DNS. Tā tur līgojas un grīļojas, jo to ietver molekulu zupa, ko esmu noņēmis, lai būtu iespējams ko redzēt. DNS ir aptuveni divus nanometrus plata, kas ir ļoti maz. Tomēr katrā no jūsu šūnām DNS pavediens ir aptuveni 30 līdz 40 miljonus nanometru garš. Lai DNS būtu organizēta un tiktu regulēta pieeja ģenētiskajam kodam, to ietver šīs purpursarkanās olbaltumvielas, esmu šeit tās iezīmējis purpursarkanas. Tā ir iesaiņota un satīta. Viss šajā redzeslaukā ir viens DNS pavediens. Tas ir milzīgs DNS kopojums, ko sauc par hromosomu. Pēc mirkļa atgriezīsimies pie hromosomām.

Atvirzām, attālinām ārpus kodola poras, kas ir vārti šim nodalījumam, kas satur visu DNS, ko sauc par kodolu. Viss redzamais ir aptuveni viena semestra bioloģijas materiāls, un man ir septiņas minūtes. Tātad mēs nevarēsim šodien visu paspēt? Nē, man saka: „Nē.”

Šādi izskatās dzīva šūna gaismas mikroskopā. Tā nofilmēta paātrinājumā; tādēļ varat redzēt, kā tā kustas. Kodola apvalks sadalās. Šie cīsiņiem līdzīgie veidojumi ir hromosomas; mēs pievērsīsimies tām. Tās veic šo pārsteidzošo kustību, kuras centrā ir šie mazie sarkanie punkti. Kad šūna jūtas gatava, tā atplēš hromosomu. Viens DNS komplekts pārvietojas uz vienu pusi, otrā pusē nonāk otrs DNS komplekts – identiskas DNS kopijas. Tad šūna sadalās uz pusēm. Vēlreiz atgādinu, ka jums ir miljardiem šūnu, ar kurām šis process pašlaik jūsos noris.

Tagad dosimies atpakaļ un pievērsīsimies hromosomām, apskatīsim tās uzbūvi un aprakstīsim to. Norādīšu, ka pašlaik hromosomas atrodas vidū. Hromosomas sastājas rindā. Ja izolējam tikai vienu hromosomu, to izvilksim un apskatīsim tās uzbūvi. Šī ir viena no lielākajām jūsos esošajām molekulārajām struktūrām, vismaz no līdz šim atklātajām. Šī ir atsevišķa hromosoma. Jums ir divi DNS pavedieni katrā hromosomā. Viens ir satīts vienā cīsiņā. Otrs pavediens ir satīts otrā cīsiņā.

Šīs lietas, kas izskatās pēc ūsām, kas atrodas katrā pusē, ir dinamiskas šūnas sastatnes. Tās sauc par mikrocaurulītēm. Nosaukums nav tik svarīgs. Tas, kam pievērsīsimies, ir šis sarakanais apvidus, esmu to iezīmējis sarkanu – tā ir saskarne starp dinamiskajām sastatnēm un hromosomām. Tai acīmredzami ir liela nozīme hromosomu kustībā. Mums nav ne jausmas, kā tā panāk šādu kustību.

Pētām šo lietu, ko sauc par kinetohoru, vairāk nekā simts gadu, veicot intensīvus pētījumus, un tikai sākam atklāt tā nozīmi. To veido aptuveni 200 atšķirīgu olbaltumvielu veidi; kopumā tūkstošiem olbaltumvielu. Tā ir signālu pārraides sistēma. Tā pārraida, izmantojot ķīmiskus signālus, ziņojot atlikušajai šūnas daļai, kad tā ir gatava, kad jūt, ka viss ir pareizi nostājies un gatavs hromosomu atdalīšanai. Tas spēj pieķerties augošajām un sarūkošajām mikrocaurulītēm.

Tas ir iesaistīts mikrocaurulīšu augšanā un spēj ar tām īslaicīgi savienoties. Tā ir uzmanību sajūtoša sistēma. Tā spēj sajust, kad šūna ir gatava, kad hromosoma ir pareizi novietota. Šeit tā kļūst zaļa, jo jūt, ka viss ir kārtībā. Redzēsit, ka ir tikai viena pēdējā daļiņa, kas joprojām ir sarkana. Tad to aiznes projām pa mikrocaurulītēm. Tā ir signālu pārraides sistēma, kas izsūta stopsignālu. To aiznes projām. Ar to gribu teikt, ka tas ir tik mehāniski. Kā molekulārs pulksteņa mehānisms.

Tā jūs darbojaties molekulārā mērogā. Nedaudz molekulāra bauda acīm, mums ir kinezīni, kas ir tie oranžie. Tās ir mazas molekulāras kurjera molekulas, kas dodas vienā virzienā. Lūk, dineīni. Tie nes šo pārraides sistēmu. Tiem ir garas kājas, lai varētu pārkāpt šķēršļiem un tamlīdzīgi. Atkārtošu vēlreiz, tas viss ir veidots zinātniski precīzi. Problēma ir tā, ka nevaram to jums parādīt kādā citā veidā.

Pētot jaunas zinātnes robežas, veidot jaunu cilvēces priekšstatu ir neaptverami. Šādu lietu atklāšana noteikti ir patīkams mudinājums nodarboties ar zinātni. Tomēr lielākā daļa medicīnas zinātnieku; šo lietu atklāšana ir tikai soļi ceļā uz lielajiem mērķiem, kas ir: slimību likvidēšana, slimību radīto ciešanu un posta novēršana un nabadzības izskaušana.

Paldies.

(Aplausi)