Что природа когда-либо делала для нас? Как деньги действительно растут на деревьях

Морские звезды принадлежат к группе животных, чья родословная началась еще с медуз - до кембрийского взрыва.

Они тоже вводили новшества для выживания способами, которые могли бы помочь нам, людям. Колючая морская звезда, обитающая у западного побережья Шотландии, имеет слизистую оболочку, которая предотвращает прилипание к ней, тем самым снижая риск заражения болезнью. Было обнаружено, что скользкое вещество, обеспечивающее эту защиту, обладает свойствами, которые могут вдохновить на создание нового поколения противовоспалительных лекарств, которые можно было бы использовать для лечения состояний, включая астму и артрит.

Что касается жизни в океанах, недавние исследования показали, как настоящая сокровищница биологического материала, включая миллионы ранее неизвестных генов и тысячи белков, существует в морских микроорганизмах. Они предлагают огромный потенциал в разработке новых медицинских методов лечения и производственных процессов.

Решения, изобретенные природой, также могут помочь нам выйти из эпохи ископаемого топлива.

Пастбищные животные стали зависеть от бактерий, живущих в их кишечнике, которые выработали ферменты, расщепляющие целлюлозу на составляющие сахара, в процессе высвобождения ее питательной ценности. Животные не могут производить эти ферменты, но бактерии делают это за них. Использование этих ферментов может стать одной из ступеней к новому биотопливу, сделанному из целлюлозы, содержащейся в стеблях и листьях растений, а не из зерен, фруктов и других растительных материалов, которые в противном случае могли бы быть пищей для человека.

Это, в свою очередь, может помочь уменьшить конфликт, возникший в последние годы, поскольку спрос на биотопливо и энергетические культуры отвлекает часть продуктов питания в топливные баки. Копируя ферменты, вырабатываемые микробами, сахар можно отделить от целлюлозы, созданной в результате фотосинтеза. Затем его можно сбродить и превратить в возобновляемую альтернативу бензину.

Одним из источников вдохновения для разработки топлива нового поколения являются слоны. Эти существа каждую неделю расщепляют в кишечнике около тонны волокнистой целлюлозы. Понимание того, как они это делают, привело к появлению новых более эффективных способов производства биотоплива.

Как мы видели в предыдущей главе, растения могут однажды стать основой новой экономики, основанной на биотехнологиях.

Созданные Солнцем и частично вдохновленные ферментами, производимыми микробами, обитающими в кишечнике травоядных, новые биоочистительные заводы однажды смогут заменить нефтехимические заводы, которые сегодня являются такой важной винтиком в нашей цивилизации, работающей на ископаемом топливе

Переход от сохраняемого солнечного света к ежегодному солнечному свету не решит всех наших проблем, но с учетом все более насущной необходимости поэтапного отказа от ископаемого топлива генетическое богатство Земли станет важным компонентом перехода к солнечной эре.

Также растет интерес к использованию естественного дизайна в машиностроении и промышленности. Поиск решений проблем в человеческом мире с помощью рисунков, созданных природой, становится все более популярной дисциплиной, известной как биомимикрия - буквально процесс имитации жизни. Джанин Бенюс описала рост и масштабы этого нового взгляда на жизнь в своей книге «Биомимикрия». Примеров великое множество.

Чешуя от крыла бабочки послужила вдохновением для создания новых красок, в которых не используется пигмент, и поэтому они могут избежать некоторых загрязнений, связанных с производством.

Микроструктуры, которые позволяют гекконам ходить по вертикальным стенам, лежат в основе инноваций для новых клеев. Лопасти на плавниках горбатых китов вдохновили на создание более эффективных лопастей ветряных турбин. Пустынный жук - источник нового метода сбора воды из тумана в засушливых регионах. Вещество, используемое мидиями для закрепления раковин на скалах, стало основой новых материалов, которые, помимо прочего, могут принести огромные преимущества в стоматологии и морской инженерии.

Структуры курганов некоторых видов термитов используются для строительства сверхэффективных зданий. Boxfish предоставил автомобилестроительной промышленности сверхпрочный дизайн кузова, позволяющий изготавливать более прочные автомобили с меньшим количеством стали.

Разновидность глубоководной губки, известная как корзина цветов Венеры, имеет структуры, которые вдохновили на создание более прочных волоконно-оптических кабелей. Поверхность листьев лотоса заставляет грязь естественным образом стекать во время дождя, тем самым сохраняя листья чистыми, чтобы они лучше работали - дизайнерское решение, которое сейчас используется для фасадов зданий, так что они не требуют очистки, что позволяет экономить химикаты и затраты.

В дизайне кожи акулы был обнаружен большой потенциал. Грубый внешний вид этих древних рыб был скопирован, чтобы лодки двигались быстрее, а ведущий производитель конкурентоспособных купальных костюмов использовал вдохновение акул для создания костюмов нового поколения.

Применение технологии «кожа акулы» в краске самолетов может повысить скорость и сократить расход топлива. «При нанесении на каждый самолет каждый год во всем мире краска могла бы сэкономить 4,48 миллиона тонн топлива», - утверждает профессор Джулиан Винсент, бывший президент Международного общества бионической инженерии.

Решение биологических проблем было использовано в новой конструкции крыши, чтобы резко снизить потребность в кондиционировании воздуха в жарком климате, тем самым предлагая возможность сэкономить огромное количество энергии - особенно важное новшество в мире, который становится теплее.

Есть виды тигровых змей, которые в более прохладном климате могут предложить новые идеи о том, как сделать обратное - сделать системы отопления более эффективными. Если змеи могут делать это биологически, то, скорее всего, мы можем использовать тот же метод с технологиями, если мы знаем, как они это делают.

Эти особые тигровые змеи живут на другом конце геологической формации, в которой расположены хребты Флиндерс, на острове Кенгуру. Большая часть богатой местной дикой природы Австралии все еще находится здесь и является предметом пристального внимания Пегги Рисмиллер, которая руководит исследовательской станцией Pelican Lagoon Research Station.

Климат на этом острове в Южном океане может быть сырым и диким. К югу находится открытое море до Антарктиды, расстояние до которой составляет около 4500 километров. Штормы дуют с юга и приносят на эти берега непогоду, особенно для нескольких видов местных рептилий. Неспособные согреть свое тело сами (в отличие от нас, млекопитающих, которые делают это так хорошо), они должны найти другие решения для работы по терморегулированию.

Змеи ядовиты и довольно скрытны, и поэтому их довольно сложно изучать, но Рисмиллер потратила много времени на их поиски, чтобы лучше понять их жизнь и экологию. Она говорит мне, что они бывают семи различных цветовых вариаций, «но независимо от того, какого они цвета, они могут сгладить первую треть своего тела, обнажив черную кожу между чешуйками. При этом они могут нагреваться даже при довольно слабом солнечном свете. В результате они могут круглый год заполнять множество разных ниш. Но как тигровая змея может быть таким эффективным солнечным коллектором? Если бы мы смогли это понять, мы могли бы использовать методы, разработанные змеей, чтобы сделать технологию солнечного обогрева более эффективной, собирать тепло в течение дня, а затем использовать его ночью ».

Также существуют огромные возможности для улучшения конструкционных материалов за счет лучшего понимания того, как природа подходит к проблемам выживания. Перламутр, или «мать жемчуга», - это покрытие внутри раковин устриц и некоторых других двустворчатых моллюсков. Эти животные используют тот же материал, что и мел, для создания совершенно разных свойств по сравнению с порошкообразной и мягкой консистенцией, обычно присущей палочкам, используемым для письма на классных досках.

Совершенно иной характер перламутра достигается за счет расположения пластинок, которые гофрированы и уложены очень точно так, что при приложении давления не появляется ни одной трещины.

Внимательный взгляд на дерево также дает важные советы по проектированию конструкций. В древесине твердых пород дерева есть крошечные отверстия, которые разрушаются при приложении боковой нагрузки. Это то, что делает их намного прочнее, чем большинство мягких пород древесины.

Решения, основанные на этом естественном нововведении, могут помочь сэкономить материалы за счет сосредоточения внимания на том, как спроектированы конструкции, а не просто на их увеличении - что иногда является подходом, применяемым в инженерии.

И есть еще одна фундаментальная потребность человека, которая подкрепляется разнообразием природы - наша пища.

Еда разнообразия

Все, что мы едим, выращено из видов животных и растений, которые когда-то были дикими, или, в некоторых случаях (например, морская рыба), так и остались. Века или даже тысячелетия селекции якобы привели к появлению множества продуктивных разновидностей (хотя на самом деле селекция не может увеличить урожайность, а лишь размер плодов и животных), которые позволили увеличить производство продуктов питания, чтобы идти в ногу с ростом населения и повышением уровня жизни. По мере того, как наше население продолжает расти и становится все более зажравшимся, будет требоваться больше продуктов питания.

Цель производства большего количества продуктов питания должна быть достигнута одновременно с защитой почв, сохранением воды, сохранением большей части того, что осталось от лесов и других естественных мест обитания, и уменьшением обогащения химическими веществами окружающей среды. Это необходимо будет сделать, преодолевая последствия изменения климата и давление, которое будет исходить от вредителей и болезней, которые приобретут большую устойчивость к химическому оружию, которое мы использовали против них.

Мы часто предполагаем, что ответ на эту сложную проблему - это некая технология, возможно, в форме новых пестицидов или генной инженерии. Кажется, что генетика действительно будет важным ключом ко всему этому - хотя реальные решения могут оказаться меньше в генной инженерии и больше в генетическом разнообразии.

С тех пор, как мы, люди, впервые сделали шаг от охотников-собирателей к земледелию, фермеры разводили животных и растения, чтобы развить и отточить наилучшие возможные характеристики для условий, с которыми они сталкивались. Устойчивость к болезням, способность противостоять засухе, сорта, которые могут переносить холода, и типы, которые могут расти на соленых почвах, были отобраны фермерами в разных местах в разное время.

Благодаря тысячам лет селекции среди наших основных сельскохозяйственных культур появилось большое разнообразие сортов. Вдобавок ко всему этому относятся дикие родственники видов, которых мы выбрали для приручения. Они по-прежнему живут в дикой природе, где продолжают находить решения для проблем выживания. Пока сохраняется это культурное и дикое разнообразие, у нас есть уникальный ресурс, к которому можно прибегнуть во времена перемен. Без этого мы более уязвимы.