Animations of unseeable biology

آنچه می خوام به شما نشان بدم مکانیسم مولکولی شگفت انگیزی است که بافت زندۀ بدن ما را می سازند. حالا مولکولها خیلی خیلی ریز هستند. منظورم از ریز، واقعا" ریزه. اونا کوچکتر از طول موج نور هستند، بنابراین ما هیچ راهی برای مشاهدۀ مستقیم اونها نداریم. اما از طریق علم، ما یک ایدۀ نسبتا" خوبی داریم ازآنچه در سطح مولکولی در جریان است. بدین ترتیب ما در واقع می تونیم اطلاعاتی دربارۀ مولکولها به شما بدیم. اما واقعا" را ه مستقیمی برای نشان دادن مولکولها به شما نداریم.
یک راه اینه که عکس آنرا بکشیم. و این در واقع چیز تازه ای نیست. دانشمندان همیشه بعنوان بخشی از پروسۀ تفکر و کشف خود، تصاویری خلق می کنند. آنها عکسهایی را می کشند که با چشمانشان از طریق تکنولوژیِ تلسکوپ و میکروسکوپ می بینند، و همچنین آنچه را که در مغزشان به آن می اندیشند. من دو مثال معروف را انتخاب کردم، آنها علم را از طریق هنر توصیف می کنند و به همین دلیل خیلی معروفند.
مثال اولّم ، گالیله است که با استفاده از اولین تلسکوپ جهان، به ماه نگاه کرد. و تصور ما را از ماه دگرگون کرد. تعبیری که از ماه در قرن 17 داشتند ، یک کرۀ کامل آسمانی بود. اما آنچه گالیله دید، یک دنیای خشکِ سنگی بود، که از طریق نقاشی آبرنگ آنرا ابراز کرد.
یکی دیگه ازدانشمندان با ایده های بزرگ، "چارلز داروین" ، ابرقدرت بیولوژی است. و او نوشتۀ خود را با این سرآغاز معروف در گوشۀ بالای سمت چپ صفحه شروع کرد، " فکر کنم"، و سپس طرح اولین درخت زندگی را کشید، که همانا تصور اوست از چگونگی ارتباط همۀ گونه ها و موجودات زندۀ روی کرۀ زمین از طریق تاریخچۀ تکامل -- منشاء گونه ها بر اثر انتخاب طبیعی و جدایی از گروه اجدادی. -- منشاء گونه ها بر اثر انتخاب طبیعی و جدایی از گروه اجدادی.
بعنوان یک دانشمند، حتی قبلا" من در سخنرانی های زیست شناسان مولکولی شرکت می کردم و حرفهایشان کاملا" برایم نامفهوم بود، با وجودیکه آنها از زبان فانتزیِ تکنیکی و مخصوص در توصیف کارهایشان استفاده می کنند، تا اینکه با آثار هنری " دیوید گودسِل" ، یک زیست شناس مولکولی در انستیتو "اسکریپس"، آشنا شدم. و همه چیز در عکسهایش دقیق و متناسب هم هستند. و همه چیز در عکسهایش دقیق و متناسب هم هستند. و آثارش، چگونگی دنیای مولکولی درون ما را برایم روشن کرد.
بدین ترتیب این یک برش مقطعی درون خون است. در گوشۀ بالایی سمت چپ، شما منطقه زرد و سبزی می بینید. منطقۀ زرد وسبز، مایع خون است، که بیشتر آبه، اما شامل آنتی بادی، قندها، هورمون ها، و اینطور چیزها نیز هست. و قسمت قرمز، برشی است از یک سلول خون. و اون مولکولهای قرمز، هموگلوبین است. اونا واقعا" قرمزند؛ و همین دلیل قرمز بودن خون است. و هموگلوبین مثل یک اسفنج مولکولی عمل می کند اکسیژن را درریه های شما جذب کرده وسپس به قسمتهای دیگر بدن می رساند.
من سالها پیش تحت تأثیر بسیار زیاد این تصویر قرار گرفتم، و همیشه از خود می پرسیدم چطور می تونیم دنیای مولکولی را با استفاده از طراحی کامپیوتری ترسیم کنیم. چه شکلی می شه؟ و اینطوری بود که من شروع کردم. خُب بیایید شروع کنیم.
این شکل اولیۀ مارپیچ دوگانۀ DNA است. توسط کریستالوگرافی (تقارن بلوری اتم ها) اشعه ایکس گرفته شده، بنابراین این یک مدل دقیقی از DNA است. اگرمارپیچ دوگانه را از هم باز کنیم و دو رشته را از هم جدا کنیم، شما این چیزهایی که شبیه دندان هستند، می بینید. اینها، حروف کد ژنتیکی هستند، 25,000 ژنی که درDNA شما قرار گرفته اند. این چیزیه که آنها معمولا" درباره اش صحبت می کنن -- کد ژنتیکی -- این چیزی است که درباره اش سخن می گویند. اما من می خوام دربارۀ جنبۀ دیگه ای از علم DNA صحبت کنم، و اون طبیعت فیزیکی DNA است. این دو رشته به دلایلی در جهت مخالف هم حرکت می کنند که در حال حاضر نمی تونم به اون بپردازم. اما اونها بطور فیزیکی در جهت عکس هم در حرکتند، که این امر یکسری مشکلات برای سلولهای زندۀ شما بوجود می آورد، بالاخص همانطور که ملاحظه خواهید کرد وقتی DNA در حال همانند سازی است.
و بدین ترتیب آنچه می خوام بهتون نشون بدم یک بازنمای دقیقی از مکانیسم همانند سازی DNA واقعی است که همین حالا در بدن شما در حال انجام است، حداقل 2002 زیست شناسی. DNA به این صورت از سمت چپ وارد خط تولید می شه، و با این مجموعه که مکانیسم های بسیار ریز بیوشیمی هستند، برخورد می کند، که رشته های DNA را از هم جدا کرده و درست همانند آنرا می سازند. بدین ترتیب، DNA وارد شده و با این ساختار آبی رنگ که شکل پیراشکی است، برخورد کرده و دو رشتۀ آن از هم جدا می شوند. یک رشته می تونه مستقیما" کپی بشه، و شما این چیزها را می بینید که جدا شده و ته اونجا می ریزند. ولی برای رشتۀ دیگر، کار به این راحتی ها نیست چون باید در جهت عکس کپی بشه. بنابراین دائما" از این حلقه بیرون انداخته شده وهر قسمت بطور جداگانه کپی می شه، و دو مولکول DNA جدید ساخته می شه.
همین حالا میلیاردها از این مکانیسم ها در حال فعالیت در بدن شما هستند، و DNA شما را با نهایت دقت همانند سازی می کنند. این یک بازنمای دقیق است، و کم وبیش کاملا" در حد همان سرعتی است که در بدن شما در حال جریان است. من اصلاح خطا و یه مشت چیزای دیگه را از قلم انداختم. این کار چند سال گذشته بود. متشکرم.
این کار چنه سال گذشته است، اما در ادامه آخرین اطلاعات علم و تکنولوژی را به شما نشان می دم. بنابراین مجددا" با DNA شروع می کنیم. اونجا DNA در حال جنبیدن و وول خوردنه، چون دور و برش پر از مولکوله، من کاملا" پاکشون کردم تا بتونید چیزی ببینید. قطر DNA حدود دو نانومتره، که واقعا" خیلی ریزه. اما در هر یک از سلولهای شما، هر رشتۀ DNA حدود 30 تا 40 میلیون نانومتر درازا داره. بدین ترتیب برای حفظ منظم DNA و کنترل دسترسی به کد ژنتیکی، DNA بدور این پروتئینهای بنفش رنگ، پیچیده می شه-- من اسم اونو در اینجا بنفش گذاشتم. اون کاملا" دسته بندی وبسته بندی می شه. تمام این حوزۀ دید، یک رشته از DNA است. این بستۀ عظیم DNA ، یک کروموزوم است. و تا یک دقیقۀ دیگه دوباره به کروموزوم برمی گردیم.
ما حالا تصویر را در طول یک منفذ هسته ای، عقب تر برده، ما حالا تصویر را در طول یک منفذ هسته ای، عقب تر برده، که اون دریچه ایست برای قسمتی بنام هسته که تمام DNA را در خود جای داده. تمام این میدان دید به اندازۀ یک ترم بیولوژی زمان لازم داره، و من فقط هفت دقیقه زمان دارم. بنابراین ما نمیتونیم اونو امروز انجام دهیم؟ نه، بهم گفتند، "نه."
این تصویر یک سلول زنده زیر نور میکروسکوپ است. با وقفۀ زمانی فیلمبرداری شده، برای همینه که می تونید حرکت اونو ببینید. پوشش هسته ای تجزیه می شه. این چیزهای سوسیس مانند، کروموزوم هستند، و ما به اونا می پردازیم. اونا با حرکت قابل توجهی که روی این نقطه های کوچک قرمز متمرکز شده، در حرکتند. وقتی سلول حس کرد که آمادۀ حرکته، کروموزوم را پاره می کنه. یک سری DNA به یک سمت می روند، و یکسری به سمت دیگر می روند کپی یکسانی از DNA . و سپس سلول از وسط به دو نیم تقسیم می شود. و دوباره بگم، شما میلیاردها سلول در بدن خود دارید که همین حالا در حال انجام این پروسه هستند.
حال ما به عقب بر می گردیم و فقط روی کروموزومها تمرکز می کنیم و به ساختار اون نگاه کرده و توصیفش می کنیم. خُب دوباره ما در اون لحظۀ خط تقسیم هستیم. کروموزومها در یک ردیف صف کشیدند. و اگر ما تنها یک کروموزوم را جدا کنیم، اونو بیرون کشیده و به ساختارش نگاهی می اندازیم. بدین ترتیب این یکی از بزرگترین ساختارهای مولکولی شماست، حداقل تا حدی که ما در درون بدنمان کشف کرده ایم. خُب این یک دانه کروموزوم است. و شما دو رشته DNA در هر کروموزوم دارید. هر یک از رشته ها مثل یک سوسیس، جداگانه بسته بندی شده است. هر یک از رشته ها مثل یک سوسیس، جداگانه بسته بندی شده است.
این چیزهای ریش ریش که از هر طرف بیرون زده اند داربست متحرک سلول هستند. اونا mircrotubules نامیده می شوند. اسمش اونقدر مهم نیست. اما اونچه که بهش توجه می کنیم، این منطقۀ قرمزه -- من اونو قرمز نامیدم-- و اون سطح مشترک بین داربست متحرک و کروموزوم هاست. و اون سطح مشترک بین داربست متحرک و کروموزوم هاست. که به وضوح عامل اصلی حرکت کروموزومهاست. ما واقعا" هیچ ایده ای نداریم که چطور این حرکت را انجام می ده.
ما بیش از صد ساله که دربارۀ این چیزهایی که بنام kinetochore (الیاف قطبی) می نامند، مطالعه ای جدی کرده ایم، و ما هنوز در آغاز راه کشف چگونگی اون هستیم. اون از حدود 200 نوع مختلف پروتئین تشکیل شده که روی هم 1000 پروتئین می شه. اون یک سیستم ارسال سیگنال است. هر موقع حس کنه که همه چیز منظم و آماده برای جدا شدن کروموزومهاست، از طریق سیگنالهای شیمیایی به بقیۀ سلولها اعلام آمادگی می کند. اون قابلیت وصل شدن با microtubules (نوارهای نقاله داخل سلول) در حال رشد یا در حال کوچک شدن را دارد.
اون با روند رشد microtubules ارتباط دارد، و قادر است بطور موقت به اون وصل شود. اون همچنین یک سیستم حسی هشدار دهنده است. می تونه زمان آمادگی سلول را حس کنه، وقتی کروموزوم بدرستی در جایش قرار گرفته است. اینجا رنگش سبز می شه چون حس می کنه که همه چیز کاملا" درسته. و شما می بینید که این یه ذرّۀ آخر، هنوز قرمز باقی مونده. و به سمت microtubules حرکت کرده و دور می شود. این سیستم ارسال سیگنالی است که سیگنال توقف را ارسال می کند. و داره دور می شه. منظورم اینه که، این عمل مکانیکی است. این مکانیسم خودکار مولکولی است.
این روشِ وقتی است که در مقیاس مولکولی کار می کنید. بنابراین با یه کم عشوه گری مولکولی، ما kinesins (پروتئین حرکتی) بدست آوردیم، که اون نارنجی رنگهاست. اونها مولکولهای کوچک راهنمای مولکولی هستند که در یک جهت حرکت می کنند. و در اینجا dynein ( پروتئین وزیکول) وجود دارد. اونها در حال حمل سیستم ارسالی هستند. و اونا با کمک از پاهای بلندشان می تونند از موانع و غیره عبور کنند. دوباره بگم، تمام اینها بطور دقیق از علم برگرفته شده است. دوباره بگم، تمام اینها بطور دقیق از علم برگرفته شده است. مشکل اینه که نمی تونیم اونو به هیچ روش دیگه ای به شما نشون بدیم.
جستجو در تازه ترین یافته های علم، و تازه های دانش بشری، حیرت آوره. کشف این موارد بطور حتم یک انگیزۀ خوش آیندی برای فعالیت در زمینۀ علم است. اما برای بیشتر محققان پزشکی، کشف چیزها بسادگی، قدم نهادن بسوی هدف است، که همان نابودی بیماری، دفع زجر و ناراحتی ناشی از بیماری و رها کردن مردم از فقر است.
سپاسگزارم
(تشویق حاضرین)