来自大自然工程师的惊人启示

能来到这里参加一个以“源于自然”为主题的会议，真是令人兴奋——你可以想象。而且，我也很兴奋能参与到“前戏”环节。你注意到这个环节是“前戏”了吗？因为我要谈谈我最喜欢的动物之一——西部䴙䴘。如果你没看过它们的求偶舞，那你的人生就不算完整。当时我在冰川国家公园的鲍曼湖上，那是一个狭长的湖泊，湖里仿佛有倒置的山峰。我和我的伴侣划着赛艇。我们正在划船，这时一只西部䴙䴘游了过来。它们的求偶舞是这样的：两只䴙䴘，一对伴侣，一起开始在水下奔跑。它们划水越来越快，越来越快，直到速度快到能把身体抬出水面，直立着，在水面上划水。我们划船的时候，一只䴙䴘游了过来。当时我们正划着船，速度非常快。这只䴙䴘，我想，大概是把我们误认为是猎物了，开始在我们旁边的水面上奔跑，像是在求偶——跑了好几英里。它一会儿停，一会儿跑，一会儿停，一会儿又跑。这才是真正的求偶前戏。（笑声）

1:46 那一刻我差点就变种了。显然，生活能教会我们很多东西，尤其是在娱乐方面。生活能教会我们很多。但我今天想谈的是，生活能教会我们哪些关于科技和设计的东西。自从那本书出版以来——那本书主要讲的是仿生学研究——建筑师、设计师、工程师——那些创造我们世界的人——开始打电话来说，他们希望有生物学家参与设计，实时地帮助他们获得灵感。或者——这对我来说更有趣——他们希望生物学家带他们走进自然界。他们会提出一个设计挑战，然后找到自然界中那些适应能力最强的生物，从中汲取灵感。

2:40 这张照片是我们和一些废水处理工程师一起去加拉帕戈斯群岛旅行时拍的；他们负责净化废水。实际上，他们中有些人非常抗拒来这里。他们一开始对我们说，我们已经在做仿生学了。我们用细菌来净化水。我们说，嗯，那并不算是从自然中汲取灵感。那是生物加工，你知道；那是生物辅助技术：利用生物体来处理废水是一种非常古老的技术，叫做“驯化”。这指的是从生物体中学习一些东西，一个想法，然后应用它。所以他们还是没明白。

3:27 于是我们去海滩散步，我说，好吧，说说你们遇到的一个大问题。说说设计上的挑战，或者说说可持续性方面的障碍，是什么阻碍了你们实现可持续发展。他们说是水垢，也就是管道内壁矿物质的堆积。他们说，你知道，就像你们家里一样，矿物质会堆积起来。然后管道的开口就会堵塞，我们就得用有毒物质冲洗管道，或者干脆把管道挖出来。所以，如果我们能找到办法阻止水垢的形成——于是我捡了一些贝壳。我问他们，水垢是什么？管道里是什么？他们说，是碳酸钙。我说，这就是碳酸钙。

4:09 他们对此一无所知。他们不知道贝壳是由蛋白质模板形成的，然后海水中的离子会在原位结晶，最终形成贝壳。所以，同样的原理，只是没有蛋白质，也发生在他们管道的内部。他们对此一无所知。这并非因为缺乏信息，而是缺乏整合。你知道，这就好比一个个孤岛，各自为政。他们不知道同样的事情正在发生。于是，其中一人思考了一下，说道：好吧，如果这只是海水中自动发生的结晶——自组装——那么为什么贝壳的尺寸不是无限大的呢？是什么阻止了这种膨胀？为什么它们不会一直增长下去？我说：就像它们分泌一种蛋白质来启动结晶一样——然后他们都凑近了——它们释放出一种蛋白质来阻止结晶。这种蛋白质实际上会粘附在晶体的生长面上。事实上，有一种名为 TPA 的产品模仿了那种蛋白质——那种止垢蛋白——它是一种环保的管道止垢方法。

5:26 那件事彻底改变了一切。从那以后，你再也叫不回这些工程师的船上了。第一天他们去徒步旅行，船上就响个不停，咔哒咔哒咔哒咔哒。五分钟后，他们就回到了船上。“我们结束了。你知道吗，我已经看过那个岛了。” 之后，他们到处爬来爬去。只要我们允许，他们就会一直浮潜。原来，他们意识到，宇宙中存在着一些生物，它们已经解决了他们毕生致力于解决的问题。

6:05 了解自然界是一回事；向自然界学习——这才是关键所在。这才是意义深远的转变。他们意识到，问题的答案无处不在；他们只需要改变看待世界的视角。38亿年的实地检验。10到30——克雷格·文特尔可能会告诉你；但我认为远不止3000万——适应性强的解决方案。对我来说，重要的是这些解决方案都是在特定情境下解决的。而这个情境就是地球——我们试图解决问题的情境。所以，这是有意识地模仿生命的智慧。这并非盲目模仿——尽管艾尔正试图模仿他的发型——但这并非盲目模仿；而是汲取自然界的设计原则和智慧，并从中学习。

7:07 现在，在这么多IT人士的场合，我必须先说明一下我不会谈的话题，那就是你们这个领域在软件方面已经从生物体中汲取了大量经验。比如，有些计算机像免疫系统一样能够自我保护，我们也在学习基因调控和生物发育。此外，我们还在学习神经网络、遗传算法和进化计算。这些都是软件方面的知识。但令我感兴趣的是，我们在这方面的研究还不够深入。我的意思是，在我看来，这些机器的技术水平其实并不算高，毕竟硅谷的水里就含有几十种致癌物。所以，就生物体而言，这些硬件远未达到成功的标准。那么，我们能从制造——不仅仅是计算机，而是所有的一切——中学到什么呢？比如你乘坐的飞机、汽车、你现在坐的座椅。我们该如何重新设计我们创造的世界，这个人类创造的世界呢？更重要的是，未来十年我们应该问什么？生活中有很多很棒的技术。

8:25 课程大纲是什么？对我来说，三个问题至关重要。生命是如何创造事物的？这恰恰相反；这是我们创造事物的方式。这叫做加热、锻打和处理——材料科学家是这么称呼它的。它就像是从上往下切割，96% 的废料都浪费掉了，只有 4% 的产品。你要加热它；用高压锻打它；还要用到化学物质。好的。加热、锻打和处理。

8:53生命承受不起这样的后果。生命是如何创造事物的？生命是如何充分利用事物的？这是一朵天竺葵花粉。它的形状赋予了它如此轻松地在空气中翻滚的功能。看看这个形状。生命为物质添加信息。换句话说：结构。它赋予物质信息。通过为物质添加信息，它赋予了物质与没有这种结构时不同的功能。第三，生命是如何使事物融入系统的？因为生命实际上并不处理事物本身；自然界中没有脱离其系统的事物。非常简短的概述。随着我阅读的越来越多，随着我对故事的关注，生物科学领域出现了一些令人惊叹的发现。与此同时，我也在倾听许多企业的心声，了解他们面临的重大挑战。这两个群体之间完全没有交流。

10:11 在生物学领域，有什么东西能帮助我们渡过目前这种进化上的难关呢？我打算快速地介绍一下第12点。

10:23 让我兴奋的是自组装。你们可能听说过纳米技术中的自组装。回到刚才提到的贝壳：贝壳本身就是一种自组装材料。左下角有一张珍珠母在海水中形成的图片。它是一种层状结构，由矿物和聚合物组成，这使得它非常非常坚韧。它的坚韧程度是我们现在使用的高科技陶瓷的两倍。但真正有趣的是：与我们在窑炉中烧制的陶瓷不同，珍珠母的形成是在海水中进行的。它发生在生物体内部、附近以及周围。这里是桑迪亚国家实验室。一位名叫杰夫·布林克（Jeff Brinker）的科学家找到了一种自组装编码方法。想象一下，只需将物体浸入液体中，再将其取出，利用蒸发作用迫使液体中的分子聚集在一起，就像晶体生长一样，就能在室温下制造陶瓷。想象一下，用这种方法制造我们所有的硬质材料。想象一下，将光伏电池（太阳能电池）的前体喷涂到屋顶上，使其自组装成层状结构，从而收集光能。

11:43 这里有一个对IT界来说很有意思的东西：生物硅。这是一种硅藻，由硅酸盐构成。我们现在生产的硅——它是芯片制造过程中致癌物问题的一部分——现在正在被模仿的是一种生物矿化过程。这是在加州大学圣巴巴拉分校。看看这些硅藻。这是恩斯特·海克尔的研究成果。想象一下，如果能够——再次强调，这是一个模板化过程，它由液态物质凝固而成——想象一下能够在室温下获得这种结构。想象一下能够制造出完美的透镜。左边这只脆星；它表面覆盖着透镜，朗讯科技的研究人员发现这些透镜完全没有畸变。它是我们所知的畸变最小的透镜之一。而且它全身都布满了这样的透镜。有趣的是，它能够自组装。朗讯公司的一位名叫乔安娜·艾森伯格的女士正在学习如何用低温工艺制造这类透镜。她也在研究光纤。那是一种海绵，它内部含有光纤。实际上，在海绵的底部，有一些比我们现有的光纤性能更好的光纤，可以有效地传输光线，而且它们非常灵活，可以打结固定。

13:13这里还有个很棒的想法：二氧化碳作为原料。康奈尔大学的杰夫·科茨（Geoff Coates）自言自语道，植物并不认为二氧化碳是我们这个时代最大的毒药。我们人类却这么认为。植物忙着利用二氧化碳合成长链的淀粉和葡萄糖，对吧？他找到了一种方法——他找到了一种催化剂——他找到了一种方法，可以将二氧化碳转化为聚碳酸酯。用二氧化碳制造可生物降解的塑料——多么像植物一样！

13:42 太阳能转化：最令人兴奋的是，亚利桑那州立大学的研究人员正在模仿紫色细菌内部的能量收集装置。更有趣的是，最近几周，人们发现有一种叫做氢化酶的酶能够利用质子和电子生成氢气，并且能够吸收氢气——这基本上就是燃料电池、燃料电池阳极和可逆燃料电池的工作原理。在我们的燃料电池中，我们使用铂来实现这一过程；而生命体则使用一种非常常见的铁。现在，一个团队已经成功模拟了这种氢化酶的功能。这对于燃料电池来说非常令人振奋——无需铂就能实现这一功能。

14:33 形状的力量：这是一头鲸鱼。我们看到这头鲸鱼的鳍上有结节。这些小凸起实际上可以提高效率，例如，在飞机机翼边缘可以提高约 32% 的效率。如果我们把这些小凸起应用到机翼边缘，就能节省大量的化石燃料。无需颜料也能创造色彩：这只孔雀利用形状创造了色彩。光线穿过层层结构，反射回来；这被称为薄膜干涉。想象一下，如果能够利用最后几层材料与光线互动来创造色彩，从而实现产品的自组装，那该有多棒！想象一下，如果能够在物体表面创造某种形状，使其只需用水就能自清洁，那该有多棒！叶子就是这样做的。看到那张近景照片了吗？那是一团水，那些是污垢颗粒。这是一张荷叶的近景照片。有一家公司生产一种名为 Lotusan 的产品，它模仿了自清洁树叶上的凸起，当建筑物外墙涂料干燥时，雨水就能清洁建筑物。

15:47 水将是我们面临的最大挑战：解渴。这里有两种生物能够吸收水分。左边的是纳米比亚甲虫，它从雾中吸收水分。右边的是鼠妇——它从空气中吸收水分，并不饮用淡水。在水分进入建筑物之前，从蒙特雷的雾气和亚特兰大潮湿的空气中吸收水分是关键技术。

16:19 分离技术将变得极其重要。如果我们不再开采硬岩呢？如果我们能从废水中分离出金属，或者从水中分离出少量金属呢？微生物正是这样做的：它们能螯合水中的金属。旧金山有一家名为MR3的公司，正在将微生物分子的模拟物嵌入过滤器中，用于从废水中开采金属。绿色化学是在水中进行的化学反应。我们通常在有机溶剂中进行化学反应。这是一张蜘蛛吐丝器伸出并吐丝的图片。是不是很美？绿色化学正在用大自然的配方取代我们的工业化学。这并不容易，因为生命只利用元素周期表中的一部分元素。而我们却利用了所有元素，甚至包括有毒元素。绿色化学的任务就是找到巧妙的配方，利用元素周期表中的一小部分元素，创造出像细胞这样神奇的材料。

17:38 定时降解：一种包装，在你不再需要它之前都完好无损，它会在预定的时间溶解。这是你在这里水域里能找到的一种贻贝，它附着在岩石上的丝线是定时的；每过两年，它们就开始溶解。

17:55 疗愈：这节课不错。那边那个小家伙是水熊虫。全球疫苗都面临着无法送达患者手中的问题。原因在于冷藏环节出了问题；也就是所谓的“冷链”断裂了。一位名叫布鲁斯·罗斯纳的人研究了水熊虫——这种生物可以完全脱水，却能存活数月之久，并且能够自我再生。他找到了一种方法来干燥疫苗——将疫苗包裹在类似于水熊虫细胞内糖囊的糖囊中——这意味着疫苗不再需要冷藏。它们可以放在手套箱里，没问题。向生物学习。这节课的主题是水——学习那些不需要水就能生存的生物，以便研制出无需冷藏就能长期保存的疫苗。

19:02 我不会讲到第12点。但我可以告诉你，除了所有这些适应性特征之外，最重要的是，这些生物已经找到了一种方法，既能完成它们所做的那些令人惊叹的事情，又能照顾好它们后代赖以生存的栖息地。当它们进行交配时，它们在思考一件非常非常重要的事情——那就是确保它们的遗传物质能够延续到一万代之后。这意味着它们必须找到一种方法，既能完成它们所做的一切，又不破坏它们后代赖以生存的栖息地。这是设计上最大的挑战。幸运的是，有数以百万计的天才愿意与我们分享他们最棒的想法。祝你好运，希望你能和他们好好交流。

20:03 谢谢。

20:04（掌声）

20:18克里斯·安德森：谈谈前戏吧，我——我们需要尽快达到12。

20:22 Janine Benyus：哦，真的吗？ CA：是的。就像，你知道，就像10秒钟版的10、11和12。因为我们——你的幻灯片太漂亮了，想法也太宏大了，我不能让你不看完10、11和12就下台。

20:33 JB：好的，放这个——好的，我拿着这个。好的，太好了。好的，这就是修复的那个。感知和响应：反馈非常重要。这是一只蝗虫。一平方公里内可能有8000万只，但它们却不会互相碰撞。然而，我们每年却有360万起车祸。（笑声）没错。纽卡斯尔大学有人发现，蝗虫体内存在一个非常大的神经元。她正在研究如何基于蝗虫体内的这个大神经元来制造防撞电路。

21:13 这是非常重要的一点，第11点。那就是提高土壤肥力。这意味着，你知道，要发展净肥力农业。我们应该提高土壤肥力。当然，我们也能获得食物。因为我们必须提高地球的承载能力，为生命创造更多机会。实际上，其他生物也是如此。整个生态系统也是如此：它们为生命创造更多机会。而我们的农业却恰恰相反。所以，我们应该借鉴草原如何改良土壤的耕作方式，借鉴本地有蹄类动物如何改善牧场健康的畜牧方式，甚至借鉴沼泽如何不仅净化水质，还能创造惊人的生产力的废水处理方式。

22:05 这就是简单的设计概要。我的意思是，它看起来很简单，因为经过38亿年的演化，这个系统已经完善了这一切。也就是说，那些还没能学会如何改善或美化自身环境的生物，已经不复存在，无法告诉我们了。这是第十二条。生命——这就是秘诀；这就是魔法——创造了有利于生命存在的条件。它塑造土壤；它净化空气；它净化水；它混合你我赖以生存的各种气体。而且，它在满足自身需求的同时，也进行着繁衍。所以，这两者并不矛盾。我们必须找到一种方法，既能满足自身的需求，又能将这片土地变成伊甸园。

23:05CA：珍妮，非常感谢你。（掌声）