0:00:00.547,0:00:03.714
Я немного расскажу о том,[br]как природа создаёт материалы.

0:00:03.738,0:00:05.928
Я принесла с собой раковину морского ушка.

0:00:05.952,0:00:08.527
Эта раковина состоит[br]из биокомпозитного материала:

0:00:08.551,0:00:11.400
на 98 процентов из карбоната кальция

0:00:11.424,0:00:13.955
и на два процента из протеина.

0:00:13.979,0:00:17.675
В то же время она в 3 000 раз прочнее[br]своего геологического аналога.

0:00:17.699,0:00:21.138
Многие используют подобные структуры,

0:00:21.162,0:00:22.314
например мел.

0:00:22.338,0:00:25.129
Я была поражена тем,[br]как природа создаёт материалы,

0:00:25.153,0:00:28.508
используя множество секретов[br]в своей утончённой работе.

0:00:28.532,0:00:32.800
Частично потому, что эти материалы[br]имеют макроскопическую структуру,

0:00:32.824,0:00:34.683
но формируются они на нано-уровне.

0:00:34.707,0:00:36.375
Они формируются в нано-масштабе

0:00:36.399,0:00:40.032
и используют протеины,[br]кодируемые на генетическом уровне,

0:00:40.056,0:00:42.865
что позволяет им строить[br]такие утончённые структуры.

0:00:42.889,0:00:45.121
Я думаю, было бы восхитительно,

0:00:45.145,0:00:49.402
если бы мы смогли дать жизнь[br]таким неживым структурам,

0:00:49.426,0:00:51.676
как батарейки или солнечные элементы?

0:00:51.700,0:00:53.984
Что, если бы у них были те же способности,

0:00:54.008,0:00:55.676
как и у раковины морского ушка,

0:00:55.700,0:00:59.382
то есть они смогли бы[br]строить очень утончённые структуры

0:00:59.406,0:01:01.239
при комнатной температуре и давлении,

0:01:01.263,0:01:03.308
используя нетоксичные химические элементы

0:01:03.332,0:01:06.031
без выброса токсичных элементов[br]в окружающую среду?

0:01:06.055,0:01:09.313
Это концепция, о которой я думала.

0:01:09.337,0:01:12.003
И что, если бы вы вырастили[br]батарейку в чашке Петри?

0:01:12.027,0:01:14.917
Что, если бы вы смогли передать[br]генетическую информацию батарейке

0:01:14.941,0:01:18.743
так, чтобы она стала дольше работать

0:01:18.767,0:01:20.544
и не загрязнять окружающую среду?

0:01:20.935,0:01:24.006
Итак, возвращаясь[br]к раковине морского ушка,

0:01:24.030,0:01:27.095
кроме своей нано-структуры, у неё[br]есть ещё одна захватывающая вещь:

0:01:27.119,0:01:29.587
когда мужская и женская особь встречаются,

0:01:29.611,0:01:31.816
они передают генетическую информацию:

0:01:31.840,0:01:34.276
«Вот так нужно строить[br]такой сложный материал.

0:01:34.300,0:01:36.800
Вот так делать его при комнатной[br]температуре и давлении,

0:01:36.824,0:01:38.130
используя нетоксичные материалы».

0:01:38.154,0:01:40.318
Некоторые из диатомов,[br]показанных здесь,

0:01:40.342,0:01:41.965
имеют структуру стекла.

0:01:41.989,0:01:43.676
При каждом воспроизведении

0:01:43.700,0:01:45.766
они передают такую[br]генетическую информацию:

0:01:45.790,0:01:49.454
«Вот так строится стекло в океане[br]c идеальной нано-структурой.

0:01:49.478,0:01:51.771
И ты можешь повторить это снова и снова».

0:01:51.795,0:01:55.115
А что, если сделать то же самое[br]с солнечным элементом или батарейкой?

0:01:55.139,0:01:58.676
Мой любимый биоматериал —[br]это мой четырехлётний ребёнок.

0:01:58.700,0:02:01.937
Но все, кто имел дело с маленькими детьми,

0:02:01.961,0:02:03.977
знают, что они невероятно[br]сложные организмы.

0:02:04.001,0:02:07.697
И если вы хотите уговорить их[br]делать то, что они не хотят, —

0:02:07.721,0:02:08.879
это очень сложно.

0:02:08.903,0:02:10.919
Поэтому, когда мы думаем[br]о технологиях будущего,

0:02:10.943,0:02:14.161
мы думаем об использовании[br]бактерий или вирусов —

0:02:14.185,0:02:15.393
простых организмов.

0:02:15.417,0:02:18.073
Могу ли я уговорить их работать[br]с новыми инструментами,

0:02:18.097,0:02:21.347
чтобы они смогли строить[br]необходимые мне структуры?

0:02:21.371,0:02:23.672
Также, думая о будущих технологиях,

0:02:23.696,0:02:25.909
мы начнем с возникновения Земли.

0:02:25.933,0:02:29.676
Понадобился примерно миллиард лет,[br]чтобы на Земле зародилась жизнь.

0:02:29.700,0:02:31.811
И очень скоро, она стала многоклеточной,

0:02:31.835,0:02:34.412
организмы смогли воспроизводиться,[br]использовать фотосинтез

0:02:34.436,0:02:36.373
как источник энергии.

0:02:36.397,0:02:38.739
Однако только около[br]500 миллионов лет назад,

0:02:38.763,0:02:40.795
во время кембрийского[br]геологического периода,

0:02:40.819,0:02:43.864
эти организмы в океане[br]стали делать твёрдые материалы.

0:02:43.888,0:02:47.452
До этого они все были мягкими,[br]слабыми структурами.

0:02:47.476,0:02:50.164
Именно в это время[br]количество кальция, железа и кремния

0:02:50.188,0:02:52.044
в окружающей среде увеличилось.

0:02:52.068,0:02:55.310
И организмы научились делать[br]твёрдые материалы.

0:02:55.334,0:02:57.525
Это то, что я хотела бы научиться делать —

0:02:57.549,0:03:01.176
убедить биологию работать[br]с остальной периодической таблицей.

0:03:01.200,0:03:03.388
Если вы взглянете на биологию,

0:03:03.412,0:03:07.230
то здесь существует много структур:[br]ДНК, антителá, протеины и рибосомы,

0:03:07.254,0:03:08.454
о которых вы слышали,

0:03:08.478,0:03:09.924
которые имеют нано-структуры.

0:03:09.948,0:03:13.456
То есть природа уже даёт нам очень[br]сложные структуры в нано-масштабе.

0:03:13.480,0:03:15.179
Что, если бы смогли запрячь их

0:03:15.203,0:03:19.901
и убедить их не быть антителами,[br]которые, например, вызывают ВИЧ?[br]

0:03:19.925,0:03:23.301
Что, если бы мы смогли убедить их[br]построить для нас солнечный элемент?

0:03:24.074,0:03:25.424
Вот несколько примеров:

0:03:25.448,0:03:27.605
природные раковины,[br]естественный биоматериал.

0:03:27.629,0:03:28.821
Вот раковина морского ушка.

0:03:28.845,0:03:32.232
Если вы её разломите,[br]то увидите, что это нано-структура.

0:03:32.256,0:03:34.384
Здесь есть диатомеи, сделанные из кварца,

0:03:34.408,0:03:36.266
и бактерия-магнетотактик,

0:03:36.290,0:03:39.676
которая делает одиночные магниты,[br]используемые для навигации.

0:03:39.700,0:03:41.368
Общее у них то,

0:03:41.392,0:03:43.949
что все эти материалы[br]состоят из нано-структур.

0:03:43.973,0:03:47.299
Последовательность их ДНК[br]кодирует последовательность протеинов,

0:03:47.323,0:03:48.829
которая передаёт им шаблон

0:03:48.853,0:03:51.676
для постройки[br]этих великолепных структур.

0:03:51.700,0:03:53.882
Теперь, возвращаясь[br]к раковине морского ушка,

0:03:53.906,0:03:56.486
морское ушко делает раковину,[br]используя эти протеины.

0:03:56.510,0:03:58.534
Эти протеины очень отрицательно заряжены.

0:03:58.558,0:04:00.733
Они собирают кальций из окружающей среды,

0:04:00.757,0:04:04.296
складывают слоями кальций[br]и карбонат, кальций и карбонат.

0:04:04.320,0:04:07.213
Химическая последовательность[br]аминокислот в них говорит:

0:04:07.237,0:04:08.960
«Вот так нужно строить структуру.

0:04:08.984,0:04:11.428
Вот последовательность ДНК[br]и последовательность протеинов

0:04:11.452,0:04:12.603
для её постройки».

0:04:12.627,0:04:13.874
А что, если бы можно было

0:04:13.898,0:04:16.151
взять любой материал

0:04:16.175,0:04:17.953
или элемент из периодической таблицы

0:04:17.977,0:04:20.335
и найти соответствующую[br]последовательность ДНК,

0:04:20.359,0:04:24.046
закодировать соответствующую[br]последовательность протеинов,

0:04:24.070,0:04:25.706
для построения структуры,[br]но не раковину,

0:04:25.730,0:04:30.304
а что-то, с чем природа ещё[br]не имела возможности поработать.

0:04:30.954,0:04:33.272
Это периодическая таблица.

0:04:33.296,0:04:35.083
Я обожаю периодическую таблицу.

0:04:35.107,0:04:37.732
Каждый год для первокурсников в MIT

0:04:37.756,0:04:39.683
я делаю периодическую таблицу[br]с надписью:

0:04:39.707,0:04:41.844
«Добро пожаловать в MIT.[br]Вы в своём элементе».

0:04:41.868,0:04:42.877
(Смех)

0:04:42.901,0:04:45.190
На обратной стороне есть аминокислоты

0:04:45.214,0:04:47.676
и PH, при котором они имеют разные заряды.

0:04:47.700,0:04:50.676
Я раздаю её тысячам людей.

0:04:50.700,0:04:52.796
Я знаю, на ней написано MIT,[br]а мы в Caltech,

0:04:52.820,0:04:54.884
но у меня есть пара штук, если кто-то захочет.

0:04:54.908,0:04:59.227
Мне очень повезло, президент Обама[br]посетил мою лабораторию в этом году,

0:04:59.251,0:05:00.640
когда приезжал в MIT,

0:05:00.664,0:05:02.962
и мне очень хотелось дать ему[br]периодическую таблицу.

0:05:02.986,0:05:05.328
Я не спала всю ночь и говорила своему мужу:

0:05:05.352,0:05:07.608
«Как я дам президенту Обаме[br]периодическую таблицу?

0:05:07.632,0:05:09.700
А если он скажет,[br]что у него уже такая есть,

0:05:09.724,0:05:11.364
или что он и так её знает наизусть?»

0:05:11.388,0:05:12.396
(Смех)

0:05:12.420,0:05:15.700
В общем, он пришёл в лабораторию —[br]это был великолепный визит.

0:05:15.724,0:05:17.058
После всего я сказала:

0:05:17.082,0:05:19.445
«Сэр, я бы хотела дать вам[br]периодическую таблицу,

0:05:19.469,0:05:22.832
на случай если вам вдруг понадобится[br]посчитать молекулярный вес».

0:05:22.856,0:05:23.942
(Смех)

0:05:23.966,0:05:27.480
Я подумала, что молекулярный вес[br]звучит понятнее, чем молярная масса.

0:05:27.504,0:05:28.575
(Laughter)

0:05:28.599,0:05:31.498
Он посмотрел на неё и сказал:

0:05:31.522,0:05:33.536
«Спасибо. Я буду периодически[br]на неё посматривать».

0:05:33.560,0:05:35.676
(Смех)

0:05:35.700,0:05:39.676
(Аплодисменты)

0:05:39.700,0:05:42.676
Позже, в своей лекции по чистой энергии,

0:05:42.700,0:05:44.000
он достал её и сказал:

0:05:44.024,0:05:46.762
«И люди в MIT, они раздают[br]периодические таблицы».

0:05:46.786,0:05:49.094
Я вам ещё не сказала,

0:05:49.118,0:05:52.719
что около 500 миллионов лет назад[br]организмы начали делать материалы,

0:05:52.743,0:05:55.577
но им понадобилось 50 миллионов лет,[br]чтобы усовершенствовать их.

0:05:55.601,0:05:59.048
Им понадобилось 50 миллионов лет,[br]чтобы научиться делать такую раковину.

0:05:59.072,0:06:01.196
Такой рекламой сложно[br]заинтересовать аспиранта.

0:06:01.220,0:06:03.757
«У меня есть великолепный проект...[br]на 50 миллионов лет».

0:06:03.781,0:06:07.285
Поэтому нам пришлось придумать способ,[br]чтобы ускорить этот процесс.

0:06:07.309,0:06:12.062
Мы использовали нетоксичный вирус,

0:06:12.086,0:06:14.043
который называется М13 - бактериофаг,

0:06:14.067,0:06:15.773
чья работа - инфицировать бактерии.

0:06:15.797,0:06:19.925
У него очень простая последовательность ДНК,

0:06:19.949,0:06:24.442
поэтому ему можно вставить

0:06:24.466,0:06:26.379
дополнительную ДНК последовательность.

0:06:26.403,0:06:28.650
Это позволяет вирусу

0:06:28.674,0:06:30.984
создавать произвольную последовательность протеинов.

0:06:31.008,0:06:32.715
И это очень простая биотехнология.

0:06:32.739,0:06:35.177
Можно повторять это миллиард раз.

0:06:35.201,0:06:36.802
Следовательно, можно получить миллиард разных вирусов,

0:06:36.826,0:06:38.315
которые генетически идентичны,

0:06:38.339,0:06:42.093
но различаются друг от друга

0:06:42.117,0:06:44.626
одной последовательностью,

0:06:44.650,0:06:45.831
которая кодирует один протеин.

0:06:45.855,0:06:47.972
Теперь, если мы возьмем миллиард вирусов

0:06:47.996,0:06:51.300
и поместим их в одну каплю жидкости,

0:06:51.324,0:06:53.078
мы сможем заставить их взаимодействовать с любым элементом периодической таблицы.

0:06:53.102,0:06:56.138
И путем выборочной эволюции,

0:06:56.162,0:06:58.126
мы можем выбрать из миллиарда один, который сделает то, что ты захочешь,

0:06:58.150,0:07:01.587
например, вырастит батарейку или солнечный элемент.

0:07:01.611,0:07:02.999
Вирусы не могут сами воспроизводиться, им нужен носитель.

0:07:03.023,0:07:05.201
Когда мы находим этот один из миллиарда,

0:07:05.225,0:07:08.367
мы инфицируем бактерию

0:07:08.391,0:07:09.676
и делаем миллионы и миллиарды копий

0:07:09.700,0:07:11.511
этой конкретной последовательности.

0:07:11.535,0:07:13.700
Еще одна замечательная вещь в биологии -

0:07:13.724,0:07:15.676
она дает очень утонченные структуры

0:07:15.700,0:07:17.806
с замечательными связями.

0:07:17.830,0:07:20.676
Эти вирусы длинные и тонкие

0:07:20.700,0:07:23.413
и мы можем заставить их

0:07:23.437,0:07:25.676
выращивать, например, полупроводники

0:07:25.700,0:07:27.785
или материал для батареек.

0:07:27.809,0:07:30.433
Это высоко-мощная батарейка, которую мы вырастили в моей лаборатории.

0:07:30.457,0:07:33.156
Мы разработали вирус, который подбирает нанотрубки.

0:07:33.180,0:07:35.676
Одна часть вируса берет углеродную нанотрубку.

0:07:35.700,0:07:38.842
У другой части есть последовательность,

0:07:38.866,0:07:40.547
которая может вырастить электродный материал для батарейки.

0:07:40.571,0:07:43.443
После этого он прикрепляется к токоприемнику.

0:07:43.467,0:07:46.634
И через процесс выборочной эволюции,

0:07:46.658,0:07:50.128
мы пришли от вируса, который сделал второсортную батарейку

0:07:50.152,0:07:51.563
к вирусу, который сделал хорошую батарейку,

0:07:51.587,0:07:54.366
а потом к вирусу, который сделал очень мощную батарейку.

0:07:54.390,0:07:56.445
Все они были сделаны при комнатной температуре, фактически на обычном столе.

0:07:56.469,0:08:00.429
И эта батарейка ездила в Белый Дом на пресс-конференцию.

0:08:00.453,0:08:03.797
Я принесла ее сюда.

0:08:03.821,0:08:04.938
Сейчас она подсвечивает LED лампочку.

0:08:04.962,0:08:09.676
Если мы сможем изменить масштаб,

0:08:09.700,0:08:11.618
то вы бы смогли использовать ее,

0:08:11.642,0:08:13.915
чтобы ездить на своей Toyota Prius,

0:08:13.939,0:08:17.233
Это моя мечта - ездить на машине, заряженной вирусом.

0:08:17.257,0:08:19.523
По существу,

0:08:19.547,0:08:23.478
мы выбираем один из миллиарда.

0:08:23.502,0:08:26.490
А потом копируем много раз.

0:08:26.514,0:08:28.800
Копирование происходит в лаборатории.

0:08:28.824,0:08:30.879
А потом они самособираются

0:08:30.903,0:08:32.214
в такую структуру, как батарейка.

0:08:32.238,0:08:34.911
Мы также смогли сделать это с катализом.

0:08:34.935,0:08:38.198
Вот пример

0:08:38.222,0:08:42.214
расщепления воды с помощью фото катализа.

0:08:42.238,0:08:44.452
Мы смогли

0:08:44.476,0:08:46.552
разработать вирус, который фактически окрашивает молекулы

0:08:46.576,0:08:48.394
и выстраивает их на поверхности вируса

0:08:48.418,0:08:50.845
и они работают как антенна,

0:08:50.869,0:08:53.676
которая распределяет энергию по вирусу.

0:08:53.700,0:08:56.635
После этого мы даем ему второй ген,

0:08:56.659,0:08:57.968
который позволяет растить неорганический материал,

0:08:57.992,0:09:00.676
использующийся для расщепления воды

0:09:00.700,0:09:04.034
на кислород и водород,

0:09:04.058,0:09:05.764
который может быть использован как чистое топливо.

0:09:05.788,0:09:07.603
Я принесла сюда образец.

0:09:07.627,0:09:10.889
Мои студенты пообещали, что он будет работать.

0:09:10.913,0:09:15.016
Эти нано-провода собраны вирусом.

0:09:15.040,0:09:19.059
Если на них посветить, можно увидеть пузырьки.

0:09:19.083,0:09:21.547
В данном случае пузырится выходящий кислород.

0:09:21.571,0:09:26.374
Контролируя эти гены,

0:09:26.398,0:09:28.375
мы можем контролировать несколько материалов, чтобы улучшить работу устройства.

0:09:28.399,0:09:31.676
Последний пример - это солнечные элементы.

0:09:31.700,0:09:33.676
Можно поступить точно так же с солнечными элементами.

0:09:33.700,0:09:36.878
У нас получилось вырастить вирусы,

0:09:36.902,0:09:38.767
которые подбирают углеродные трубки

0:09:38.791,0:09:40.676
и потом выращивают диоксид титана вокруг них,

0:09:40.700,0:09:44.196
чтобы можно было пропускать электроны через устройство.

0:09:44.220,0:09:46.304
Мы обнаружили, что с помощью генной инженерии

0:09:46.328,0:09:48.161
можно увеличить

0:09:48.185,0:09:52.052
эффективность этих солнечных элементов

0:09:52.076,0:09:53.676
до рекордных показателей

0:09:53.700,0:09:55.351
для такого вида светочувствительных систем.

0:09:55.375,0:09:59.872
Я также принесла сюда один экземпляр.

0:09:59.896,0:10:02.577
С ним можно ознакомиться после.

0:10:02.601,0:10:03.752
Это солнечный элемент на основе вируса.

0:10:03.776,0:10:04.926
С помощью эволюции и отбора,

9:59:59.000,9:59:59.000
мы смогли увеличить эффективность с 8 процентов

9:59:59.000,9:59:59.000
до 11 процентов.

9:59:59.000,9:59:59.000
Надеюсь, я вас убедила,

9:59:59.000,9:59:59.000
что еще очень много интересного можно узнать

9:59:59.000,9:59:59.000
о том, как природа создает материалы

9:59:59.000,9:59:59.000
и подняться на следующую ступеньку,

9:59:59.000,9:59:59.000
чтобы увидеть, сможем ли мы

9:59:59.000,9:59:59.000
воспользоваться знанием того, как природа делает материалы,

9:59:59.000,9:59:59.000
чтобы создать то, о чем природа еще и не мечтала.

9:59:59.000,9:59:59.000
Спасибо.