0:00:00.000,0:00:03.000
Napadlo mě, že bych řekla něco o tom, jak příroda tvoří materiály.

0:00:03.000,0:00:05.000
Přinesla jsem si s sebou škebli ušně.

0:00:05.000,0:00:08.000
Škeble je z biokompozitního materiálu,

0:00:08.000,0:00:11.000
což je z 98% uhličitan vápenatý

0:00:11.000,0:00:13.000
a ze 2% bílkovina.

0:00:13.000,0:00:15.000
Přesto je 3000krát tužší

0:00:15.000,0:00:17.000
než jeho geologický protějšek.

0:00:17.000,0:00:20.000
A spousta lidí možná využívá látky s podobným složením.

0:00:20.000,0:00:22.000
Například křídu.

0:00:22.000,0:00:24.000
Fascinovalo mě, jak příroda vytváří různé materiály

0:00:24.000,0:00:26.000
a je docela řád v tom,

0:00:26.000,0:00:28.000
jak odvádí tak dokonalou práci.

0:00:28.000,0:00:30.000
Částečně je to tím, že tyto materiály

0:00:30.000,0:00:32.000
mají makroskopickou strukturu,

0:00:32.000,0:00:34.000
ale jsou vytvářeny nanoskopicky.

0:00:34.000,0:00:36.000
Jsou vytvářeny nanoskopicky

0:00:36.000,0:00:39.000
a používají bílkoviny sestavované na genetické úrovni,

0:00:39.000,0:00:42.000
což jim umožňuje vytvořit tyto vskutku dokonalé struktury.

0:00:42.000,0:00:44.000
Takže co považuji za velice zajímavé, je,

0:00:44.000,0:00:47.000
co kdybychom mohli oživit

0:00:47.000,0:00:49.000
neživé struktury

0:00:49.000,0:00:51.000
jako baterie nebo solární články?

0:00:51.000,0:00:53.000
Co kdyby měly některé z vlastností,

0:00:53.000,0:00:55.000
které má škeble,

0:00:55.000,0:00:57.000
jako třeba

0:00:57.000,0:00:59.000
schopnost tvořit dokonalé struktury

0:00:59.000,0:01:01.000
při pokojové teplotě a tlaku,

0:01:01.000,0:01:03.000
bez použití toxických chemikálií

0:01:03.000,0:01:06.000
a bez škodlivých látek, které by se vracely do životního prostředí?

0:01:06.000,0:01:09.000
Takže tohle je představa, o které jsem uvažovala.

0:01:09.000,0:01:11.000
No a co kdybychom mohli vypěstovat baterii v petriho misce?

0:01:11.000,0:01:14.000
Nebo, co kdybychom předali baterii genetickou informaci,

0:01:14.000,0:01:16.000
takže by se stala lepší

0:01:16.000,0:01:18.000
a vydržela déle

0:01:18.000,0:01:20.000
a přitom to udělali způsobem šetrným k životnímu prostředí?

0:01:20.000,0:01:23.000
A tak se vracíme ke škebli.

0:01:23.000,0:01:25.000
Kromě toho, že má nanostrukturu,

0:01:25.000,0:01:27.000
je na ní fascinující to,

0:01:27.000,0:01:29.000
že když se samčí a samičí škeble páří,

0:01:29.000,0:01:31.000
vymění si genetickou informaci,

0:01:31.000,0:01:34.000
která říká: "Takhle se dělá dokonalý materiál.

0:01:34.000,0:01:36.000
Tady máš, jak to udělat za pokojové teploty a tlaku

0:01:36.000,0:01:38.000
a bez toxických látek."

0:01:38.000,0:01:41.000
Stejné je to s rozsivkami, které můžete vidět zde, což jsou skelné struktury.

0:01:41.000,0:01:43.000
Pokaždé, když se rozsivky dělí,

0:01:43.000,0:01:45.000
předávají si genetickou informaci, která říká:

0:01:45.000,0:01:47.000
"Tady je, jak vytvořit perfektně

0:01:47.000,0:01:49.000
nano-strukturované sklo v oceánu.

0:01:49.000,0:01:51.000
A ty to pak můžeš dělat pořád znovu a znovu."

0:01:51.000,0:01:53.000
Takže co kdybyste mohli udělat to samé

0:01:53.000,0:01:55.000
se solárním článkem nebo baterií?

0:01:55.000,0:01:58.000
Ráda říkám, že můj oblíbený biomateriál je moje čtyřleté dítě.

0:01:58.000,0:02:01.000
Avšak každý, kdo někdy měl, nebo zná malé děti,

0:02:01.000,0:02:04.000
ví, že jsou to neuvěřitelně složité organismy.

0:02:04.000,0:02:06.000
A tak, pokud je chcete přesvědčit,

0:02:06.000,0:02:08.000
aby udělali něco, co nechtějí, je to náročné.

0:02:08.000,0:02:11.000
Takže pokud přemýšlíme o budoucích technologiích,

0:02:11.000,0:02:13.000
ve skutečnosti přemýšlíme o využití bakterií a virů -

0:02:13.000,0:02:15.000
jednoduchých organismů.

0:02:15.000,0:02:17.000
Můžeme je přesvědčit, aby pracovali s novými nástroji tak,

0:02:17.000,0:02:19.000
že budou schopny vytvořit strukturu,

0:02:19.000,0:02:21.000
která pro mě bude důležitá?

0:02:21.000,0:02:23.000
Mimo to, uvažujeme o budoucích technologiích,

0:02:23.000,0:02:25.000
Začneme se vznikem Země.

0:02:25.000,0:02:27.000
Obecně to trvalo miliardy let,

0:02:27.000,0:02:29.000
než na Zemi vznikl život.

0:02:29.000,0:02:31.000
A velmi rychle se stal mnohobuněčným,

0:02:31.000,0:02:34.000
schopným replikace, mohl využívat fotosyntézu

0:02:34.000,0:02:36.000
jako zdroj energie.

0:02:36.000,0:02:38.000
Ale nebylo to dříve, než před 500 miliony lety -

0:02:38.000,0:02:40.000
během Kambria -

0:02:40.000,0:02:43.000
kdy organismy v oceánu začaly vytvářet pevné látky.

0:02:43.000,0:02:46.000
Předtím to byly měkké, nadýchané struktury.

0:02:46.000,0:02:48.000
A bylo to během této doby,

0:02:48.000,0:02:50.000
kdy se v prostředí zvýšilo množství

0:02:50.000,0:02:52.000
vápníku, železa a křemíku.

0:02:52.000,0:02:55.000
A organismy se naučily jak vytvářet pevné látky.

0:02:55.000,0:02:57.000
A to je přesně to, co bych se chtěla naučit -

0:02:57.000,0:02:59.000
přesvědčit biologii,

0:02:59.000,0:03:01.000
aby pracovala se zbytkem periodické tabulky.

0:03:01.000,0:03:03.000
Když se teď podívám na biologii,

0:03:03.000,0:03:05.000
je zde mnoho struktur jako DNA, protilátky

0:03:05.000,0:03:07.000
proteiny a ribozomy, o kterých jste slyšeli,

0:03:07.000,0:03:09.000
které mají už teď nano strukturu.

0:03:09.000,0:03:11.000
Takže příroda nám už teď

0:03:11.000,0:03:13.000
dává skutečně dokonalé nano struktury.

0:03:13.000,0:03:15.000
Co když je můžeme ovládnout

0:03:15.000,0:03:17.000
a přesvědčit, aby nebyly protilátkami,

0:03:17.000,0:03:19.000
které způsobují něco jako HIV?

0:03:19.000,0:03:21.000
Co kdybychom je mohli přesvědčit,

0:03:21.000,0:03:23.000
aby nám vytvořily solární články?

0:03:23.000,0:03:25.000
Takže tady jsou nějaké příklady: tohle jsou přírodní schránky.

0:03:25.000,0:03:27.000
Jsou to přírodní biologické látky.

0:03:27.000,0:03:29.000
Tady je skeble - a když ji rozlomíte,

0:03:29.000,0:03:31.000
můžete si ověřit, že má nano strukturu.

0:03:31.000,0:03:34.000
Támhle jsou rozsivky tvořené SiO2

0:03:34.000,0:03:36.000
a magnetotactická bakterie,

0:03:36.000,0:03:39.000
která vytváří jedno pólové magnety použité k navigaci.

0:03:39.000,0:03:41.000
Co mají všechny tyhle společené

0:03:41.000,0:03:43.000
je, že všechny tyto materiály jsou vytvořené na nano úrovni

0:03:43.000,0:03:45.000
a mají DNA sekvenci,

0:03:45.000,0:03:47.000
která se kóduje na proteinovou sekvenci,

0:03:47.000,0:03:49.000
která jim dává plány,

0:03:49.000,0:03:51.000
jak vytvořit skutečné úžasné struktury.

0:03:51.000,0:03:53.000
Teď se vraťme ke škebli.

0:03:53.000,0:03:56.000
Ušeň vytváří svou škebli tak, že má tyto proteiny.

0:03:56.000,0:03:58.000
Tyto proteiny jsou záporně nebité

0:03:58.000,0:04:00.000
a mohou odebírat vápník z prostředí.

0:04:00.000,0:04:03.000
Pokládají vrstvu vápníku a pak uhlíku, vápníku a uhlíku...

0:04:03.000,0:04:06.000
Má chemickou sekvenci aminokyselin,

0:04:06.000,0:04:08.000
která říká: "Takhle se vytváří struktura.

0:04:08.000,0:04:10.000
Tady je DNA sekvence, tady je proteinová sekvence,

0:04:10.000,0:04:12.000
aby to šlo vytvořit."

0:04:12.000,0:04:15.000
A tak vzniká zajímavá myšlenka, co kdybyste mohli vzít jakýkoliv materiál chcete

0:04:15.000,0:04:17.000
nebo jakýkoliv prvek periodické tabulky

0:04:17.000,0:04:20.000
a najít odpovídající DNA sekvenci,

0:04:20.000,0:04:22.000
poté to zakódovat do odpovídající proteinové sekvence

0:04:22.000,0:04:25.000
k vytvoření struktury, ale ne k vytvoření ušně -

0:04:25.000,0:04:27.000
k vytvoření něčeho, skrze přírodu,

0:04:27.000,0:04:30.000
co ještě nikdy nemělo příležitost vzniknout.

0:04:30.000,0:04:32.000
A tak tady máme periodickou tabulku.

0:04:32.000,0:04:34.000
A já naprosto zbožňuju periodickou tabulku.

0:04:34.000,0:04:37.000
Každý rok mám pro nově příchozí ročník na MIT

0:04:37.000,0:04:39.000
připravenou periodickou tabulku, která říká:

0:04:39.000,0:04:42.000
"Vítejte na MIT. Nyní jste mezi stejnými prvky."

0:04:42.000,0:04:45.000
A když ji otočíte, jsou tam aminokyseliny

0:04:45.000,0:04:47.000
s úrovněmi PH, při kterých mají rozdílné náboje.

0:04:47.000,0:04:50.000
No a tak je rozdávám tisícům lidí.

0:04:50.000,0:04:52.000
Vím, že je tam napsáno MIT a tohle je Caltech (americké univerzity),

0:04:52.000,0:04:54.000
ale mám jich tu pár navíc, kdyby někdo chtěl.

0:04:54.000,0:04:56.000
A měla jsem velké štěstí,

0:04:56.000,0:04:58.000
že prezident Obama loni naštívil moji laboratoř

0:04:58.000,0:05:00.000
při návštěvě MIT

0:05:00.000,0:05:02.000
a hrozně jsem mu chtěla dát tuhle periodickou tabulku.

0:05:02.000,0:05:04.000
Tak jsem zůstala v noci vzhůru a bavila se s manželem:

0:05:04.000,0:05:07.000
"Jak mám dát prezidentu Obamovi periodickou tabulku?

0:05:07.000,0:05:09.000
Co když řekne: 'Oh, už jednu mám',

0:05:09.000,0:05:11.000
nebo, ''Už jsem si ji zapamatoval'?

0:05:11.000,0:05:13.000
A tak navštívil moji laborku

0:05:13.000,0:05:15.000
a porozhlédl se kolem -- byla to skvělá návštěva.

0:05:15.000,0:05:17.000
A když bylo po všem, řekla jsem:

0:05:17.000,0:05:19.000
"Pane, Ráda bych Vám dala periodickou tabulku

0:05:19.000,0:05:23.000
pro případ, že byste se dostal do potíží a potřeboval spočítat molekulární váhu."

0:05:23.000,0:05:25.000
A říkala jsem si, že molekulární váha zní mnohem méně šprtsky

0:05:25.000,0:05:27.000
než molární hmotnost.

0:05:27.000,0:05:29.000
A tak se na ni podíval

0:05:29.000,0:05:31.000
a řekl:

0:05:31.000,0:05:33.000
"Děkuji. Budu se na ní dívat periodicky."

0:05:33.000,0:05:35.000
(Smích)

0:05:35.000,0:05:39.000
(Potlesk)

0:05:39.000,0:05:42.000
A později na své přednášce o čisté energii

0:05:42.000,0:05:44.000
ji vytáhl a řekl:

0:05:44.000,0:05:46.000
"A lidé na MIT rozdávají periodické tabulky."

0:05:46.000,0:05:49.000
Takže co jsem Vám ještě neřekla, je,

0:05:49.000,0:05:52.000
že zhruba před 500 miliony lety začaly organismy vytvářet materiály,

0:05:52.000,0:05:54.000
ale zabralo to asi 50 milionů let, než v tom začaly být dobré.

0:05:54.000,0:05:56.000
Trvalo 50 milionů let naučit se,

0:05:56.000,0:05:58.000
jak excelovat v tom, jak vytvořit tu škebli.

0:05:58.000,0:06:00.000
A to vytváří tlak na postgraduálního studenta.

0:06:00.000,0:06:03.000
"Mám tenhle bezva projekt -- 50 milionů let.."

0:06:03.000,0:06:05.000
A tak jsme museli najít způsob,

0:06:05.000,0:06:07.000
jakým to udělat mnohem rychleji.

0:06:07.000,0:06:09.000
A tak jsme použili virus, je to netoxický virus,

0:06:09.000,0:06:11.000
nazvaný M13 bakteriofág,

0:06:11.000,0:06:13.000
jehož práce je nakazit bakterii.

0:06:13.000,0:06:15.000
No a ten má jednoduchou DNA strukturu,

0:06:15.000,0:06:17.000
do které se můžete podívat a vyjmout

0:06:17.000,0:06:19.000
a vložit další DNA sekvence.

0:06:19.000,0:06:21.000
A když tohle uděláte, dovolí to viru

0:06:21.000,0:06:24.000
provést expresi náhodných proteinových sekvencí.

0:06:24.000,0:06:26.000
A tohle je vážně jednoduchá biotechnologie.

0:06:26.000,0:06:28.000
A v podstatě to můžete provést milionkrát.

0:06:28.000,0:06:30.000
No a tak se do toho můžete pustit a mít miliardu různých virů,

0:06:30.000,0:06:32.000
které jsou všechny geneticky identické,

0:06:32.000,0:06:34.000
ale liší se od sebe na základě

0:06:34.000,0:06:36.000
jedné sekvence,

0:06:36.000,0:06:38.000
která kóduje jeden protein.

0:06:38.000,0:06:40.000
Když pak vezmete celou tu miliardu virů

0:06:40.000,0:06:42.000
a dáte je do jediné kapky tekutiny,

0:06:42.000,0:06:45.000
můžete je donutit reagovat s jakýmkoliv prvkem periodické tabulky chcete.

0:06:45.000,0:06:47.000
A skrze proces výběrové evoluce,

0:06:47.000,0:06:50.000
můžete vybrat jeden z miliardy, který dělá něco, co jste chtěli, aby dělal,

0:06:50.000,0:06:52.000
jako třeba vytváří baterii nebo solární článek.

0:06:52.000,0:06:55.000
Viry se ve skutečnosti nemohou replikovat, potřebují hostitele.

0:06:55.000,0:06:57.000
Jakmile najdete toho jednoho z miliardy,

0:06:57.000,0:06:59.000
nakazíte jím bakterii

0:06:59.000,0:07:01.000
a můžete udělat miliony a miliardy kopií

0:07:01.000,0:07:03.000
určité sekvence.

0:07:03.000,0:07:05.000
A další věc, která je krásná na biologii, je,

0:07:05.000,0:07:07.000
že biologie vám nabízí opravdu úžasné struktury

0:07:07.000,0:07:09.000
s pěkně propojenými skupinami.

0:07:09.000,0:07:11.000
Tyhle viry jsou dlouhé a tenké

0:07:11.000,0:07:13.000
a my je můžeme přinutit, aby si vytvořili schopnost

0:07:13.000,0:07:15.000
nechat vyrůst něco jako polovodiče

0:07:15.000,0:07:17.000
nebo materiály pro baterie.

0:07:17.000,0:07:20.000
A teď, tohle je velice silná baterie, kterou jsem si vypěstovala ve své laboratoři.

0:07:20.000,0:07:23.000
Vytvořili jsme virus, abychom získali uhlíkové nanotrubice.

0:07:23.000,0:07:25.000
Takže jedna část viru chytne uhlíkovou nanotrubici.

0:07:25.000,0:07:27.000
Druhá číst viru má sekvenci,

0:07:27.000,0:07:30.000
která umí vypěstovat materiál pro elektrodu baterie.

0:07:30.000,0:07:33.000
A pak se připojí jako elektrické vedení.

0:07:33.000,0:07:35.000
A tak díky procesu výběrové evoluce

0:07:35.000,0:07:38.000
jsme se dostali od viru, který vyrábí mizernou baterii,

0:07:38.000,0:07:40.000
k viru, který vyrábí dobrou baterii,

0:07:40.000,0:07:43.000
až k viru, který vytváří velice silnou baterii, která láme rekordy,

0:07:43.000,0:07:46.000
a která je kompletně vyrobená při pokojové teplotě a v podstatě na pracovním stole.

0:07:46.000,0:07:49.000
A tahle baterie putovala do Bílého domu na tiskovou konferenci.

0:07:49.000,0:07:51.000
Přinesla jsem ji tam.

0:07:51.000,0:07:54.000
Můžete ji vidět zde -- rozsvěcuje tuhle LEDku.

0:07:54.000,0:07:56.000
A kdybychom to mohli celé zvětšit,

0:07:56.000,0:07:58.000
mohli byste to použít

0:07:58.000,0:08:00.000
k napájení svého Priusu,

0:08:00.000,0:08:03.000
což je můj sen -- mít možnost řídit virem poháněné auto.

0:08:04.000,0:08:06.000
Ale tohle je začátek --

0:08:06.000,0:08:09.000
můžete vybrat jeden z miliardy.

0:08:09.000,0:08:11.000
Můžete provést spoustu zvětšení.

0:08:11.000,0:08:13.000
V podstatě děláte zvětšení v laboratoři.

0:08:13.000,0:08:15.000
A potom se to dostane do stavu sebe-uspořádání

0:08:15.000,0:08:17.000
do struktury jako baterie.

0:08:17.000,0:08:19.000
Tohle jsme schopni udělat i s katalýzou.

0:08:19.000,0:08:21.000
Tady je příklad

0:08:21.000,0:08:23.000
fotokatalyckého rozkladu vody.

0:08:23.000,0:08:25.000
A co se nám povedlo udělat,

0:08:25.000,0:08:28.000
bylo, že jsme donutili virus vzít barvivo absorbující molekuly

0:08:28.000,0:08:30.000
a vyrovnat je na povrchu viru tak,

0:08:30.000,0:08:32.000
že se chová jako antena

0:08:32.000,0:08:34.000
a Vám pak prochází energie skrz virus.

0:08:34.000,0:08:36.000
A pak jsme přidali druhý gen

0:08:36.000,0:08:38.000
pro růst neorganického materiálu,

0:08:38.000,0:08:40.000
který může být použit k rozkladu vody

0:08:40.000,0:08:42.000
na kyslík a vodík,

0:08:42.000,0:08:44.000
které pak mohou být použity jako čistá paliva.

0:08:44.000,0:08:46.000
A já jsem dnes s sebou přinesla příklad.

0:08:46.000,0:08:48.000
Mí studenti mi slíbili, že to bude fungovat.

0:08:48.000,0:08:50.000
Tohle jsou virem vytvořené nano dráty.

0:08:50.000,0:08:53.000
Když na ně posvítíte světlem, všimnete si, že bublají.

0:08:53.000,0:08:56.000
V tom případě se díváte na unikající bublinky kyslíku.

0:08:57.000,0:09:00.000
A tak díky kontrole genů

0:09:00.000,0:09:03.000
můžete k vylepšení svého zařízení použít více látek.

0:09:03.000,0:09:05.000
Posledním příkladem jsou solární články.

0:09:05.000,0:09:07.000
To samé můžete udělat se solárními články.

0:09:07.000,0:09:09.000
Povedlo se nám upravit viry tak,

0:09:09.000,0:09:11.000
aby sebraly uhlíkové nanotrubice

0:09:11.000,0:09:15.000
a potom je obalily oxidem titaničitým

0:09:15.000,0:09:19.000
a použily je jako způsob přenosu elektronů skrze zařízení.

0:09:19.000,0:09:21.000
A co jsme zjistili bylo, že skrze genové inženýrství

0:09:21.000,0:09:23.000
můžeme ve skutečnosti zvýšit

0:09:23.000,0:09:26.000
výkonnost těchto solárních článků

0:09:26.000,0:09:28.000
na rekordní čísla

0:09:28.000,0:09:31.000
právě pro tyto typy barvivem senzitizovaných systémů (Grätzelův článek)

0:09:31.000,0:09:33.000
A jeden jsem také přinesla,

0:09:33.000,0:09:36.000
takže si s ním pak můžete venku pohrát.

0:09:36.000,0:09:38.000
Takže tohle jsou na virech založené solární články.

0:09:38.000,0:09:40.000
Pomocí evoluce a výběru

0:09:40.000,0:09:43.000
jsme se posunuli od solárních článků s efektivitou 8%

0:09:43.000,0:09:46.000
k článkům s efektivitou 11%.

0:09:46.000,0:09:48.000
Takže doufám, že jsem Vás přesvědčila,

0:09:48.000,0:09:51.000
že v tom, jak příroda tvoří materiály, je k naučení spousta

0:09:51.000,0:09:53.000
skvělých a zajímavých věcí --

0:09:53.000,0:09:55.000
a ve výsledku, k tomu, abyste

0:09:55.000,0:09:57.000
viděli, jestli můžete přírodu donutit

0:09:57.000,0:09:59.000
nebo jen využít toho, jak příroda tvoří materiály,

0:09:59.000,0:10:02.000
k výrobě věcí, o kterých se jí ani nesnilo.

0:10:02.000,0:10:04.000
Díky