自然のエンジニアからの驚くべき教訓

「自然に触発された」をテーマにしたこの会議に参加できて、本当に感激しています。ご想像の通りです。そして、前戯のセクションに参加できることにもワクワクしています。このセクションが前戯だってことにお気づきですか？私の大好きな生き物の一つ、カイツブリについてお話できるからです。この鳥たちの求愛ダンスを見なければ、人生に満足できないでしょう。グレイシャー国立公園のボウマン湖に行ったことがあります。そこは細長く、まるで山が逆さまに浮かんでいるような湖で、パートナーと私はボートを持っていました。ボートを漕いでいると、このカイツブリが一羽現れました。彼らの求愛ダンスは、2羽のつがいが一緒に水中を駆け抜けることです。彼らはどんどん速く漕いでいき、ついには文字通り水面から浮き上がり、直立不動の姿勢で水面を漕ぐような状態になります。ボートを漕いでいると、カイツブリが一羽やって来ました。私たちはまるで頭蓋骨の中にいるような状態で、ものすごく速く泳いでいました。するとこのカイツブリは、どうやら私たちを探検家と勘違いしたようで、まるで求愛ダンスをするように、何マイルも私たちの隣の水辺を走り始めました。止まっては走り出し、また止まっては走り出す。まさに前戯ですね。（笑）

1:46 あの瞬間、私は種を変える寸前まで行きました。エンターテイメントの分野では、生命は私たちに何かを教えてくれるはずです。生命は私たちに多くのことを教えてくれます。しかし、今日お話ししたいのは、テクノロジーとデザインの分野で生命が私たちに何を教えてくれるかについてです。この本が出版されてから何が起こったかというと――この本は主にバイオミミクリーの研究に関するものでした――建築家、デザイナー、エンジニアなど、私たちの世界を形作っている人々が電話をかけてきて、「生物学者にデザインのテーブルに座ってもらい、リアルタイムでインスピレーションを得てほしい」と言うようになりました。あるいは――これが私にとって一番楽しいのですが――自然界に連れて行ってほしいのです。デザイン課題を持って自然界に赴き、私たちにインスピレーションを与えてくれるかもしれない適応力の高い人材を見つけるのです。

2:40 これは、私たちが廃水処理技術者たちと行ったガラパゴス諸島への旅行の写真です。彼らは廃水を浄化する仕事をしていますが、中には実際にそこに来ることに非常に抵抗を感じる人もいました。彼らは最初、「私たちは既にバイオミミクリーを実践しています。バクテリアを使って水を浄化しているのですから」と言いました。私たちは、「それは自然からヒントを得たとは言えません。バイオプロセス、つまりバイオアシストテクノロジーです。生物を使って廃水処理を行うのは、「家畜化」と呼ばれる非常に古い技術です。これは生物から何か、ある考え方を学び、それを応用するのです」と言いました。それでも彼らは理解していませんでした。

3:27 そこで私たちは海岸を散歩し、私は「あなたの大きな問題を一つ教えてください。持続可能性を阻害している設計上の課題、つまりスピードバンプを教えてください」と言いました。すると彼らは「スケーリング」、つまり配管内にミネラルが蓄積する現象だと答えました。彼らは「ご存知の通り、ミネラルが蓄積すると、皆さんの家と同じように、配管の開口部が閉まってしまうので、毒素を流し込むか、配管を掘り起こさなければなりません」と言いました。そこで私は海岸で貝殻を拾い​​、「スケーリングとは何ですか？配管の中には何があるのですか？」と尋ねました。すると彼らは「炭酸カルシウムです」と答えました。私は「これがそれです。炭酸カルシウムです」と答えました。

4:09 彼らはそれを知らなかったのです。貝殻がタンパク質を鋳型として形成され、海水中のイオンがその場で結晶化して殻を形成するということを。つまり、タンパク質を介さずに、同じようなプロセスがパイプ内部で起こっているのです。彼らは知らなかったのです。これは情報不足ではなく、統合の欠如です。サイロ化、つまり人々がサイロの中にいる状態です。彼らは同じことが起きていることを知らなかったのです。そこで、ある研究者が考えを巡らせ、こう言いました。「もしこれが海水から自動的に起こる結晶化、つまり自己組織化だとしたら、なぜ貝殻の大きさは無限ではないのか？何が結晶化を止めるのか？なぜそのまま成長し続けないのか？」そこで私はこう言いました。貝殻がタンパク質を放出して結晶化を開始するのと同じように、貝殻は結晶化を止めるタンパク質を放出してしまうのです。文字通り、結晶の成長面に付着します。実際、TPAと呼ばれるこのタンパク質（ストッププロテイン）を模倣した製品があり、配管内のスケール付着を防ぐ環境に優しい方法です。

5:26 それが全てを変えました。それ以来、エンジニアたちをボートに戻すことは不可能になりました。初日はハイキングに出かけ、カチカチカチと音を立てていました。5分後にはボートに戻ってきました。「もう終わりだ。あの島は見たことがある」と。その後、彼らはあちこち這いずり回りました。シュノーケリングを許す限り、彼らはずっとシュノーケリングを続けました。何が起こったかというと、彼らは、自分たちがキャリアをかけて解決しようとしてきた問題を、既に解決している生物が宇宙に存在することに気づいたのです。

6:05 自然界について学ぶことは一つです。自然界から学ぶこと――これが転換点です。それは深遠な転換点です。彼らは、疑問の答えはどこにでもあることに気づきました。世界を見るレンズを変えるだけでよかったのです。38億年にわたるフィールドテスト。1000万から3000万――クレイグ・ベンターならおそらくそう言うでしょうが――適応性の高い解決策は3000万通り以上あるはずです。私にとって重要なのは、これらの解決策が状況の中で解決されているということです。そしてその状況とは地球です――私たちが問題を解決しようとしている状況と同じです。つまり、これは生命の天才を意識的に模倣しているのです。盲目的に模倣しているわけではありません――アルは髪型を整えようとしていますが――盲目的な模倣ではありません。デザイン原理、自然界の天才性を取り入れ、そこから何かを学ぶのです。

7:07 さて、IT関係者が大勢いるこのグループの中で、私が話さないことについて触れておかなければなりません。それは、皆さんの分野はソフトウェアの面で生物から膨大なことを学んできたということです。免疫システムのように自己防衛するコンピューターがあり、遺伝子制御や生物の発達からも学んでいます。ニューラルネット、遺伝的アルゴリズム、進化計算からも学んでいます。これらはソフトウェアの分野です。しかし、私にとって興味深いのは、私たちがこの分野をあまり研究してこなかったことです。つまり、これらの機械は、シリコンバレーの水に何十種類もの発がん物質が含まれているのと同じくらい、私の見方ではそれほどハイテクとは言えません。つまり、ハードウェアは、生命が成功と呼ぶものからすると、全く水準に達していないのです。では、コンピューターだけでなく、あらゆるものを作ることについて、私たちは何を学ぶことができるでしょうか？皆さんが乗ってきた飛行機、車、座っている座席など。私たちが作り出す世界、つまり人間が作った世界をどのように再設計できるでしょうか？さらに重要なのは、今後10年間で私たちは何を問うべきかということです。そして、世の中には素晴らしいテクノロジーがたくさんあります。

8:25 シラバスの内容は何ですか？ 私にとって鍵となるのは3つの質問です。生命はどのように物を作るのか？ これはその逆で、私たちが物を作る方法です。材料科学者はこれを「加熱、叩き、処理」と呼んでいます。つまり、上から削り取る作業で、96%が廃棄物となり、残りはわずか4%です。加熱し、高圧で叩き、化学物質を使用します。加熱、叩き、処理です。

8:53 生命にはそんな余裕はありません。生命はどうやって物を作るのでしょうか？ 生命はどうやって物を最大限に活用するのでしょうか？ これはゼラニウムの花粉です。その形が、空気中を軽々と転がる機能を与えているのです。この形を見てください。生命は物質に情報を付加します。言い換えれば、構造です。物質に情報を与えるのです。物質に情報を付加することで、構造がない場合とは異なる機能を与えるのです。そして3つ目に、生命はどうやって物をシステムの中に消し去るのでしょうか？ 生命は実際には物を扱うわけではないからです。自然界には、システムから切り離された物は存在しません。本当に短いシラバスです。今、どんどん本を読み進め、物語を追っていくと、生物科学の分野で驚くべき発見がいくつかあることに気づきました。同時に、多くの企業の話を聞いて、彼らが抱える壮大な課題を探っています。この2つのグループは、全く対話していません。

10:11 現時点で私たちが陥っているこの進化の難関を乗り越えるために、生物学の世界で何が役立つでしょうか? 12 点について簡単に説明したいと思います。

10:23 私にとって興味深いのは自己組織化です。皆さんはナノテクノロジーの観点からこのことを聞いたことがあるでしょう。貝殻の話に戻りますが、貝殻は自己組織化する素材です。左下の写真には、海水から形成される真珠層が写っています。これは鉱物とポリマーの層構造で、非常に強靭です。私たちのハイテクセラミックスの2倍の強度があります。しかし、本当に興味深いのは、窯で焼く私たちのセラミックスとは異なり、海水中で形成されることです。しかも、生物の体の近くで起こるのです。これはサンディア国立研究所のジェフ・ブリンカーという人物が、自己組織化コーディングプロセスを実現する方法を発見しました。何かを液体に浸し、液体から引き上げ、蒸発によって液体中の分子がジグソーパズルのように組み合わさるだけで、室温でセラミックスを作れると想像してみてください。結晶化と同じように。あらゆる硬質材料をこのように作ることを想像してみてください。太陽電池の前駆物質を屋根に吹き付け、それが自己組織化して光を捕らえる層状構造を形成することを想像してみてください。

11:43 IT業界にとって興味深いものがあります。バイオシリコンです。これは珪藻類で、ケイ酸塩でできています。現在私たちが製造しているシリコンは、チップ製造における発がん性問題の一因となっていますが、これはバイオミネラライゼーションのプロセスであり、現在模倣されています。これはカリフォルニア大学サンタバーバラ校のものです。これらの珪藻類を見てください。これはエルンスト・ヘッケルの研究成果です。想像してみてください。繰り返しますが、これはテンプレート化されたプロセスで、液体から固まります。このような構造を室温で作り出せるとしたらどうでしょう。完璧なレンズを作れるとしたらどうでしょう。左側はクモヒトデです。ルーセントテクノロジーの研究者が発見した、全く歪みのないレンズで覆われています。これは私たちが知る限り最も歪みのないレンズの一つです。そして、体全体に無数に広がっています。ここでも興味深いのは、これが自己組織化することです。ルーセント社のジョアンナ・アイゼンバーグという女性が、低温プロセスでこのようなレンズを作る方法を研究しています。彼女は光ファイバーにも注目しています。これは光ファイバーを備えた海綿です。その一番根元には光ファイバーがあり、実は光を伝えるのに私たちのものよりも優れた性能を持っています。しかも、非常に柔軟性があるので、結び目を作ることもできます。

13:13 もう一つの大きなアイデアがあります。CO2を原料として使うというものです。コーネル大学のジェフ・コーツという人物はこう考えました。「植物はCO2を現代最大の毒物とは考えていない。私たち人間はそう考えている。植物はCO2からデンプンとグルコースの長い鎖を一生懸命作っているんだ」。彼はCO2からポリカーボネートを作る方法、触媒を発見したのです。CO2から生分解性プラスチックを作るなんて、いかにも植物らしいですね。

13:42 太陽の変換：最もエキサイティングなものです。アリゾナ州立大学の研究者たちは、紫色細菌内部のエネルギーハーベスティング装置を模倣しています。さらに興味深いのは、ここ数週間で、水素と電子から水素を生成し、それを取り込むことができるヒドロゲナーゼと呼ばれる酵素の存在が明らかになったことです。これは基本的に、燃料電池の陽極や可逆燃料電池で起こっていることと同じです。私たちの燃料電池では白金を使ってこれを行いますが、生命体では非常にありふれた鉄を使ってこれを行います。そして今、ある研究チームが、この水素を扱うヒドロゲナーゼを模倣することに成功しました。白金を使わずにこれを実現できるというのは、燃料電池にとって非常にエキサイティングなことです。

14:33 形の力：これはクジラです。このクジラのヒレには突起があります。この小さな突起は、例えば飛行機の翼端の効率を約32%向上させます。もしこれを翼端に付けるだけで、化石燃料の消費量を驚くほど削減できるのです。顔料を使わない色：このクジャクは形で色を作り出しています。光が透過し、層で反射します。これは薄膜干渉と呼ばれます。最後の数層が光と戯れて色を作り出す、自己組織化製品を想像してみてください。表面の外側に形を作り、水だけで自浄作用を発揮する様子を想像してみてください。まさに葉の働きです。拡大写真を見てください。あれは水の玉で、あれは汚れの粒子です。これは蓮の葉の拡大写真です。 「ロータサン」という製品を作っている会社があります。これは、建物の外壁の塗料が乾くと、自浄作用のある葉の突起を模倣し、雨水が建物を洗浄するという仕組みです。

15:47 水は私たちの大きな課題、つまり渇きを癒す課題です。ここに水を引き出す2つの生物がいます。左は霧から水を吸い出すナミビアカブトムシです。右はダンゴムシで、空気から水を吸い出しますが、真水は飲みません。モントレーの霧やアトランタの汗ばんだ空気から、建物に侵入する前に水を吸い出すことが、重要な技術です。

16:19分離技術は極めて重要になるでしょう。もし、硬岩の採掘がもう不要になったらどうなるでしょうか？廃棄物から金属、つまり水中の微量金属を分離できたらどうなるでしょうか？微生物はまさにこれです。水中の金属をキレート化して除去します。ここサンフランシスコにはMR3という会社があり、微生物の分子を模倣した物質をフィルターに埋め込み、廃棄物を採掘しています。グリーンケミストリーとは水中の化学、つまり有機溶媒中で化学反応を起こすことです。これはクモから紡糸口金が出て、クモから糸が形成される様子を描いたものです。美しいと思いませんか？グリーンケミストリーは、工業化学を自然のレシピブックに置き換えつつあります。これは容易なことではありません。なぜなら、生命は周期表の元素の一部しか使っていないからです。そして、私たちはそれらすべて、有毒なものも含めて使っています。周期表の小さなサブセットを採用し、そのセルのような奇跡の材料を作成するための優れたレシピを見つけることが、グリーンケミストリーの課題です。

17:38 時間制限付き劣化：使い終わった後、使い終わった後、時間とともに分解する包装。これはこの辺りの海で見つかるムール貝ですが、岩に固定されている糸は時間制限付きで、ちょうど2年で分解が始まります。

17:55 ヒーリング：これはいい話ですね。あそこにいる小さなクマムシはクマムシです。世界中でワクチンが患者に届かないという問題があります。その原因は、冷蔵が何らかの理由で壊れてしまうこと、いわゆる「コールドチェーン」が壊れてしまうことです。ブルース・ロスナーという人物がクマムシを研究しました。クマムシは完全に乾燥しても何ヶ月も生き続け、再生能力も持っています。そして彼はワクチンを乾燥させる方法を発見しました。クマムシが細胞内に持っているのと同じ糖のカプセルにワクチンを封入するのです。つまり、ワクチンはもはや冷蔵保存の必要がなくなるのです。グローブボックスに入れておけばいいのです。生物から学ぶ。これは水に関するセッションです。水なしで生きられる生物について学び、冷蔵なしでも長持ちするワクチンを開発します。

19:02 12まで説明するつもりはありませんが、最も重要なのは、これらの適応のすべてに加えて、これらの生物が、子孫を養う場所を守りながら、驚くべき行動をとる方法を見つけ出したという事実です。前戯をしている時、彼らは非常に重要なことを考えています。それは、遺伝物質を1万世代後も残しておくことです。つまり、子孫を養う場所を破壊することなく、自分たちの行動を続ける方法を見つける必要があるのです。これが最大の設計課題です。幸いなことに、最高のアイデアを惜しみなく提供してくれる天才が何百万人もいます。彼らと会話できることを願っています。

20:03ありがとうございます。

20:04(拍手)

20:18 クリス アンダーソン: 前戯について話しましょう。12 まで話さなければなりませんが、すぐに。

20:22ジャニーン・ベニュス: 本当ですか？ CA: ええ。10、11、12の10秒バージョンみたいなものです。あなたのスライドは本当に素晴らしくて、アイデアも壮大なので、10、11、12を見ずに帰るわけにはいかないんです。

20:33JB: わかりました。これを持ってください。OK、いいですね。それでは、これが治癒の仕組みです。感知と反応、つまりフィードバックは非常に大きなものです。これはイナゴです。1平方キロメートルに8000万匹もいるのに、互いに衝突することはありません。それでも、年間360万件もの自動車事故が起きています。(笑) そうです。ニューカッスルには、これが非常に大きなニューロンであることを解明した人がいます。彼女は、イナゴのこの非常に大きなニューロンに基づいて、衝突回避回路を作る方法を研究しているんです。

21:13 これは非常に重要で重要な項目です。11番目は、肥沃度の向上です。つまり、純肥沃度農業のことです。私たちは肥沃度を高めるべきです。そしてもちろん、食料も確保しなければなりません。なぜなら、私たちはこの惑星の能力を高め、生命により多くの機会を創出しなければならないからです。実際、他の生物も同じことを行っています。生態系全体が全体として、生命により多くの機会を創出しているのです。私たちの農業は正反対のことをしてきました。つまり、草原が土壌を形成する仕組みに基づいた農業、在来の有蹄類の群れが牧場の健全性を高める仕組みに基づいた牧畜、湿地が水を浄化するだけでなく、驚くほど優れた生産性を生み出す仕組みに基づいた廃水処理などです。

22:05 これがシンプルな設計概要です。38億年かけてシステムがこれを解決してきたため、シンプルに見えるのです。つまり、自分たちの住む場所を豊かにしたり、より美しくしたりする方法を見つけられなかった生物は、私たちにそれを伝えるために存在していないということです。これが12番目の要素です。生命 ― これが秘密のトリック、魔法のトリックです ― 生命は生命が生きていくのに適した条件を作り出します。土壌を作り、空気を浄化し、水を浄化し、私たちが生きるために必要なガスのカクテルを混ぜ合わせます。そして、それは素晴らしい前戯と彼らのニーズを満たしながら行われます。つまり、これらは互いに排他的ではありません。私たちは、この場所をエデンの園にしながら、自分たちのニーズを満たす方法を見つけなければなりません。

23:05CA: ジャニーンさん、本当にありがとうございました。（拍手）