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.