четверг, 28 ноября 2013 г.

Биоректор в каждый дом

Когда много работаешь с программным кодом интересно сделать живую картину биореактор, за зиму из нее вырастет что то, материалы: питательные смеси, споры грибов, семена ржи, красные бактерии, светодиоды и питательные трубочки. "Ледяные узоры на окнах. В зимние дни, когда эти кристаллические осадки целиком покрывали маленькие окна дома, он иногда по получасу - то невооруженным глазом, то через увеличительное стекло - разглядывал их структуру. Если бы эти порождения соблюдали положенную им симметрию, математически точное и регулярное чередование, у него у него скорее достало бы сил взяться за дневные труды. Но они - прямо-таки с шарлатанским бесстыством - подражали растительному миру, очаровательно воссоздавали листья папоротника, травинки, черешки и лепестки цветов. Ионатан никак не мог примирится с тем, что они со своими "ледяными возможностями" пытаются дилетанствовать в органическом мире, и, разглядывая узоры на окнах, долго-долго качал головой - неодобрительно и в то же время восхищенно. Вопрос заключался в том, предваряли эти фантасмагории растительные формы или же повторяли их?" Томас Манн. Доктор Фаустус. Томас Манн. Доктор Фаустус.

суббота, 16 ноября 2013 г.

Биогенеративный новый мир. Бактерии строят города.

Гибкий мир будущего.

Используя агар-агар мне удалось вырастить биопленки способные заменить традиционный пластик. С использованием арматурных сеток и разных видов плетения ткани пропитанной питательными смесями возможно выращивать дома любой формы с управляемыми свойствами гибкости.
Вместо того чтобы использовать компьютерный код для имитации роста в природе, бактерии с успехом его заменят.
Здание будущего напоминает кластеры из подвижных, студенистых капель или пузырьков напоминающих гнезда насекомых, икру или кладку пенницы слюнявой.
Американские студенты уже используют слизь бактерий для "лечения" трещин в бетоне.


Архитектор Девид Бенджамин из Нью-Йорка работает над созданием программного приложения BioCAD. 
"Бактерии выращивали на решетке может быть потенциальным строительным материалом".
Девид Бенджамин.
Какую архитектуру будет иметь дом будущего? С помощью каких технологий он будет построен? Какие структуры и способы их образования у бактерий можно применять в проектировании оболочек для человека?


Белки живых существ имеют спиральное строение, характеризующееся своей левизной. Асимметричная левоспиральная структура — несомненно основа жизни. Асимметрия протоплазмы если говорить строго кристаллографическим языком, характеризуется полным отсутствием инверсионных осей, а в том числе и центра и плоскости симметрии. Запрещенные оси симметрии, у кристаллов, пятого, шестого, седьмого и более порядков часто встречаются в мире микроорганизмов и растений. Оси пятого порядка распространены у вирусов и встречаются наиболее часто. Это пятерная симметрия жизни. Использование пятерной симметрии обеспечивает организмам возможность выживания среди мертвых костных тел. С ее помощью они противостоят кристаллизации в неорганической среде. Белки формируют оболочки с винтовыми осями симметрии. Они в отличии от кристаллов могут иметь винтовые оси с дробными числами.
Вся наша современная цивилизация работает и держится на винтах.
Другой составляющей производства человека с древнейших времен являются сетчатые структуры или ткани. Технология ткачества является самой древней технологией человека.
Сетчатый структуры применяется человеком в разных областях.
При изготовлении обоев, ткани, оболочек зданий и резервуаров, облицовке стен, плетеной мебели, рыболовных и спортивных сетей.
В природе сетчатый орнамент часто встречается, например в биологических тканях, чешуи рыб, пчелиных сотах, прожилках крыльев насекомых, листьев, каркасах оболочек клеток кожи и в клеточной стенке бактерии.
Для проектирования будущего наиболее перспективным является изучение с помощью мощных микроскопов структур оболочек бактерий.
Опорным каркасом клеточной стенки бактерий и синезеленых водорослей служит в значительной степени однородный полимер - пептидогликан или муреин.
Муреин состоят из пептида и гликана. Упруго-гибкий каркас, окружающий бактериальную клетку, представляет собой одну гигантскую каплевидную молекулу сложного полисахарида-пептида. Этот упруго-гибкий сетчатый каркас биологи называют муреиновым мешком, он способен скручиваться и раскручиваться, ввинчиваясь в среду с помощью жгутиков с такой скоростью, что и не снилась человеку. Основа структуры муреинового мешка - сеть параллельных нитей, связанных многочисленными пептидными поперечными связями.
Для разных сред и разных людей можно представить себе варианты для размещения нитей оболочки их домов или одежды:
1 - нить располагается вдоль продольной оси оболочки дома,
2 - нить расположена перпендикулярно к продольной оси дома,
3 - нить расположена по спирали вокруг поверхности дома,
4 - в виде сочетаний участков на поверхности с регулярно расположенными параллельными нитями, вместе с участками случайной ориентации
5 - нити расположены в виде сетки Вороного
6 - нити расположен в виде сетки Делоне
7 - нити расположены в виде гексагональной сетки, как в куполах Фуллера
8 - или без всякого порядка.







Бактерии состоят из цилиндрической части имеющей продольную ось вращения, которую закрывает две полярные полусферической области.
Полусферические поверхности имеют на полюсах отверстия для крепления жгутиков и расположения органов ориентации.

Известно, что бактерия лучше деформируется в направлении продольной оси.
Муреин обладает высокой гибкостью и эластичностью, его
площадь поверхности может обратимо увеличена в три раза без разрыва.
Муреин достаточно упругий и может обратимо расширяться и сокращаться, и это его свойство образуется за счет гибкости соединения из пептида, тогда как нить гликана довольно жесткая.
Муреин (пептидогликан) образует экзоскелет большинства бактерий способный выдерживать огромные нагрузки и температуры.
Возможно у бактерий белки способны соединятся в одну нить и сворачиваться по спиральной траектории образуя стабильную сетчатую оболочку.
В последние несколько лет, благодаря атомно-силовой микроскопии (АСМ) был создан мощный метод визуализации в области микробиологии, что позволяет нам визуализировать наноразмерную 3D архитектуру живой клетки.
Понимание пространственного расположения пептидогликана является сложной проблемой и его трехмерная организация остается темой для спора.
Нити гликанов, как полагают, расположены в параллельных плоскостях, перпендикулярных к продольной оси бактерии, это обручи или спирали из гликана сшитые по спирали пептидами.
В изучении этой структуры и архитектуры оболочки бактерии есть чисто практическая цель — для конструирования оболочек для человека. Все это теория. На практике уже сегодня, каждый человек может купить конструктор оболочек и своими руками собрать свой дом любой формы и размера.
Основными материалами для строительства автономного дома на основе такого конструктора служат; сверхпрочная стальная проволока, аналог белковой нити или паутины, полиэтиленовые или металлические трубки обеспечивающие работу на сжатие и бактериофильная пленка подобная Imec. Покрытие дома будущего это теплая двухслойная оболочка из плетеного органического шнура и пленки. Чистая энергия вырабатывается ветрогенератором.



Сегодня уже требуется изобретать новый язык для гибкого мира биотехнологий.
До сих пор фолдинг (складывание) белков был наукой, сегодня он превращается в искусство жизнестроения пауков ткачей.
Добро пожаловать в эпоху биодизайна.


Биотех 21 века принципиально отличается от своих старших родственников в промышленности. Это технология небольших и гибких производств конструкторов оболочек без отходов и с минимальными затратами энергии. Это не гигантские стройки и машины, это персональные бионические упруго-гибкие оболочки для продолжения и разнообразия жизни. Бионическая технология имеет дело с новыми знаниями о пространстве и архитектуре позаимствованными у бактерий. Бионическое пространство это сочетание материалов, универсальных многоразовых высококачественных элементов из углерода или металла и природных одноразовых типа березовой лозы, тростника или листьев.
Мир будущего кишит, течет, капает, бурлит, булькает, пускает пузыри, пукает, он эластичный и подвижный, как младенец.


Все костное и жесткое это символ прошлого, символ смерти.
Уже сегодня бактериям мы обязаны всем. Вся нефть и газ - это продукты жизнедеятельности бактерий. У бактерий есть свое радио и свой интернет. Их механизмы выживания превосходят человеческие в миллионы раз. Они прирожденные генетические инженеры и без высшего образования. Для роста и выживания они способны запросто передавать участки своих ДНК-РНК друг-другу. Свои компьютеры они изобрели миллионы лет назад. Человек только пытается их имитировать. У некоторых бактерий нет даже ядра, главного центра любого компьютера. Они способны жить и образовывать свои общества без указки из центра. Им точно не требуются писанные законы, дума, депутаты и Кремль. Они любят радиацию и биоразнообразие. Они через шелест листьев разговаривают с нами голосами наших предков. Иногда, через пророков, изобретателей и ученых они дают указания какие формы и растения культивировать, каких животных приручать. Проблема в том, что большинство людей, их голоса, просто не слышит. Бактерии — это океан Солярис, способный в трудные годы посылать нам островки памяти способные возбуждать чувство жизни с новой силой. Чтобы это увидеть и попытаться понять теперь достаточно просто посмотреть на экран цифрового телевизора с каналом прямого эфира из жизни бактерий в рядом стоящем аквариуме.


«Постой», — сказал старичок. И он показал Пьеру глобус. Глобус этот был живой, колеблющийся шар, не имеющий размеров. Вся поверхность шара состояла из капель, плотно сжатых между собой. И капли эти все двигались, перемещались и то сливались из нескольких в одну, то из одной разделялись на многие. Каждая капля стремилась разлиться, захватить наибольшее пространство, но другие, стремясь к тому же, сжимали ее, иногда уничтожали, иногда сливались с нею. — Вот жизнь, — сказал старичок учитель. «Как это просто и ясно, — подумал Пьер. — Как я мог не знать этого прежде». — В середине Бог, и каждая капля стремится расшириться, чтобы в наибольших размерах отражать его. И растет, сливается, и сжимается, и уничтожается на поверхности, уходит в глубину и опять всплывает. Вот он, Каратаев, вот разлился и исчез. — Vous avez compris, mon enfant, — сказал учитель. — Vous avez compris, sacre nom, — закричал голос, и Пьер проснулся.
Лев Толстой «Война и мир»

Автор: Юрий Шевнин.
Рисунки автора.