قتی قوی ترین ماده های موجود در دنیای گیاهان را با ارتجاعی ترین مواد موجود در قلمرو حشرات ترکیب می کنید، چه چیزی به دست می آید؟ ابرماده هایی با کارائی خارق العاده که می توانند هر چیزی را دگرگون کنند. نانوبیوتکنولوژیست، اودِد شوسِـیوف، ما را به دیدن نمونه هایی از این مواد شگفت انگیز٬ شامل کک گربه و درخت های سکویا٬ که در طبیعت موجود هستند برده و نشانمان می دهد چگونه تیم وی با روش هایی خلاقانه، از این مواد برای ساخت همه چیز - از کفش های ورزشی تا ایمپلنت های پزشکی - بهره می برد.
دویست سال از عمر علوم مدرن میگذره. باید قبول کنیم که کاراییمون قابل قبول نبوده. ماشینآلاتی که میسازیم کماکان مشکلات مکانیکی دارن. خونههامون نمیتونن زلزلههای شدید رو تحمل کنن. ولی به یک دلیل، نمیشه دانشمندهامون رو انقدر سختگیرانه نقد کرد: چون زمان کافی نداشتن. دویست سال درمقایسه با طبیعت که سه میلیارد سال برای ساختنِ خارقالعادهترین ساختارهای موجود که ما آرزوی در تملک داشتنشون رو داریم فرصت داشته٬ زمان زیادی نیست. به خاطر داشته باشید که این ساختارها، سه میلیارد سال ضمانت کیفیت به همراه دارن.
برای مثال، درختهای سکویا صدها تن وزن رو به مدت صدها سال حمل میکنن در هوای سرد، در شرایط گرم اشعه ماورابنفش. با این اوصاف اگه با میکروسکوپهای الکترونی و وضوح بالا به ساختار درخت نگاه کنید و از خودتون بپرسید که از چی ساخته شده در کمال تعجب متوجه میشید که از شکر درست شده. خب البته نه از اون شکری که ما با چاییمون میخوریم در واقع نوعی نانوفیبره به اسم سلولزِ نانوکریستالی. و این سلولز نانوکریستالی، از منظر وزنی ۱۰ برابر از فلز قویتره. و هنوز هم از شکر تشکیل شده.
همه دانشمندهای جهان بر این باوراند که نانوسلولز به زودی به مهمترین عنصر موجود در کل صنایع جهان تبدیل میشه. ولی یه مشکلی اینجا هست: فرض کنید که میخواید برای ساختن یه قایق یا هواپیما نیم تن نانوسلولز بخرید. خب، میتونید از گوگل، ئیبِی یا حتی علیبابا اقدام کنید. ولی نمیتونید پیدا کنید. البته به هزاران مقاله و نوشتهی علمی ارزشمند برمیخورید که در اونها دانشمندها اذعان کردن که این مادهی خارقالعادهایه و کاربردهای زیادی داره. ولی هیچ کاربرد تجاری نمیبینید.
به همین دلیل، ما در دانشگاه عبرانی و به همراه همکارانمون در سوئد تصمیم به ساخت و توسعه این نانوسلولز در مقیاس صنعتی گرفتیم. و صد البته نمیخواستیم هیچ درختی قطع بشه. پس برای پیدا کردن مادهی خام دنبال یه منبع دیگه گشتیم ویکی هم پیدا کردیم - که در واقع ضایعات صنعت کاغذسازی بود. دلیل: چون به وفور پیدا میشه. اروپا به تنهایی و هر ساله ۱۱ میلیون تن از این ماده رو تولید میکنه. این مقدار، برابر با یه کوه به ارتفاع سه کیلومتر و عرضی برابر با یه زمین فوتباله. و ما هر سال این کوه رو تولید میکنیم. با این تفاسیر، این مسئله برای همه یه مشکل زیستمحیطی و برای ما یه معدن طلاست.
درحالحاضر ما در اسرائیل مشغول تولید نانوسلولزدر مقیاس صنعتی هستیم و بهزودی در سوئد هم دستبهکار میشیم. کاربردای زیادی برای این ماده میشه پیدا کرد. برای مثال، ما تونستیم نشون بدیم که اضافه کردن فقط درصد کمی از نانوسلولز به الیاف کتان - همین الیافی که لباس من ازش درست شده - استحکامش رو بهطرزِ چشمگیری بالا میبره. پس میبینیم که میشه کارای جالبی با این ماده انجام داد، مثل ساخت ابر-رشتههایی که کاربرد صنعتی یا پزشکی دارن. ولی همهاش همین نیست. برای مثال، سازههای خود-اتکا و بدون نیاز به پشتیبانی مثل پناهگاههایی که الآن میبینید، همین حالا در نمایشگاه دوسالانهی معماری ونیز به نمایش گذاشته شدن.
شگفتیهای طبیعت در قلمرو گیاهان کماکان ادامه داره. به حشرهها فکر کنید برای نمونه، ککِ گربهها میتونن تقریباً صد برابر ارتفاع خودشون بپرن. این خارقالعاده است. این یعنی یه آدم وسط جزیره آزادی در نیویورک بایسته و با یه پرش برسه به نوک مجسمه آزادیمطمئنم همه میخوان این قابلیترو داشته باشن. پرسش اینه که: ککها چطور این کار رو انجام میدن؟
اونا مادهای شگفتانگیز تولید میکنن به اسم رزیلین. رزیلین که یه نوع پروتئین محسوب میشه ارتجاعیترین لاستیک موجود در جهانه. هر قدرهم که کش بیاد یا تحت فشار قرار داده بشه تقریباً هیچ انرژیای هدر نمیده. و وقتی رها بشه تمام انرژی رو رها میکنه. مطمئنم که هر کسی میخواد این ماده رو داشته باشه. ولی یه مشکلی هست: گرفتن ککها کار سختیه.
(خنده حاضرین)
چرا؟ چون مدام میپرن.
(خنده حاضرین)
ولی در واقع گرفتن یکیشون کافیه. چون میتونیم دیانای اون رو استخراج کنیم و بفهمیم که ککها چطور رزیلین تولید میکنن و ازش موجودی رو درست کنیم که کمتر بپره مثل یه گیاه. این دقیقاً همون کاریه که ما کردیم. حالا ما میتونیم مقادیر زیادی رزیلین تولید کنیم.
در واقع تیم من در دانشگاه تصمیم گرفتن یه کار باحال انجام بدن. اونا قویترین ماده در قلمرو گیاهان رو با ارتجاعیترین ماده در قلمرو حشرهها ترکیب کردن -- یعنی نانوسلولز با رزیلین. و نتیجه خارقالعاده بود. مادهی بهدستاومده محکم، ارتجاعی و شفّافه. به همین دلیل، کارای زیادی میشه با این ماده انجام داد. برای مثال، نسل آینده کفشهای ورزشی، تا بتونیم بیشتر بپریم و سریعتر بدویم. حتی صفحههای لمسی برای کامپیوترها و گوشیهای هوشمند که نمیشکنند.
مشکل بعدی اینه که ما مدام در حال کاشتِ اعضای مصنوعی در بدنمون هستیم که با چسب یا پیچ کاشت میشن. و اجازه بدید که بگم این کار درستی نیست. چرا؟ چون کارشون رو درست انجام نمیدن. این مواد قابل اطمینان نیستن درست مثل این چنگالِ پلاستیکی که استحکامش به اندازهای نیست که بتونه وظیفهاش رو انجام بده ولی گاهی هم بیش از اندازه قویاند و خصوصیات مکانیکیشون با بافتهای مجاورشونهمخوانی نداره.
ولی در واقع، دلیلِ این مشکلات خیلی بنیادیتره دلیلش اینه که در طبیعت کسی نیست که سر من رو به گردنم پیچ کنه یا پوستم رو به بدنم بچسبونه. در طبیعت همه چیز خودساخته است. بنابراین هر سلول زنده چه سلول گیاهی باشه، چه جانوری و چه انسانی یه دیانای داره که در اون، طرز ساخت بلوکهای نانوبیولوژیکی نوشته شده. اغلب، ساختار پروتئینی دارن. گاهاً هم مثل پلیساکاریدها و اسیدهای چرب آنزیمهایی هستن که مواد دیگه رو شکل میدن. و خصوصیت مشترک همه این مواد اینه که مستقلاند و به چیزی نیازی ندارن. اینها همدیگه رو میشناسن و به طور خودکار ساختارهایی رو تشکیل میدن که در اونها سلولها تکثیر میشن و بافتها رو تشکیل میدن. بافتها، اندامها رو میسازن و همگی یه زندگی رو شکل میدن.
ما تقریباً ۱۰ سال قبل در دانشگاه عبرانی تصمیم گرفتیم روی زیستمادهای متمرکز بشیم که شاید حیاتیترین زیستماده برای بشر باشه اسمش کُلاژِنه. چرا کلاژن؟ چون کلاژن ۲۵درصد از وزن خشک ما رو تشکیل میده. صرفنظر از آب، ما چیزی بیشتر از کلاژن در بدنمون نداریم. برای همین من همیشه میگم، هرکسی که در بخش تعویضِ اعضای بدن انسان کار میکنه دوست داره که کلاژن داشته باشه.
مسلماً، قبل از شروع پروژهی ما بیشتر از ۱٫۰۰۰ مورد کاشت پزشکی انجام شده بود که از کلاژن ساخته شده بودن. موردهای ساده مثل کاشتهای زیرپوستی برای کاهش چین و چروک لبهای تقویتی و بعضی موارد پیشرفتهی کاشت پزشکی مثل دریچههای قلبی. پس مشکل کجاست؟ مشکل، در واقع منبعه. منبع تمام این کلاژنها برمیگرده به جسدها: خوکها و گاوهای مرده و حتی جنازه انسانها. پس سلامت، اینجا یه مشکل بزرگه. ولی همهاش این نیست. کیفیت هم هست.
به شخصه علاقه خاصی به این مورد دارم. این، پدر منه «زوی» توی کارخانه شرابسازیمون در اسرائیل. هفت سال قبل، یه دریجه قلبی مثل اونی که نشونتون دادم توی بدنش کاشت شد. ادبیات علمی میگه که این دریچههای قلبی، ۱۰ سال بعد از کاشت از کار میافتن. تعجبی نداره:چون از بافتهای کهنه و مستعمل ساخته شدن. دقیقاً مثل این دیوار آجری که داره فرو میریزه. بله، البته که میتونم آجرها رو بردارم و یه دیوار نو بسازم. ولی مثل دیوار اول نمیشه. بنابراین سازمان مدیریتِ غذا و داروی ایالات متحده سال ۲۰۰۷ طی بیانیهای، از کمپانیهادرخواست کرد که جایگزین بهتری پیدا کنن.
این دقیقاً همون کاریه که ما کردیم. ما هر پنج ژن انسانی مسئول ساخت نوع ۱ کلاژن در بدن انسان رو به گیاه تنباکوی تراریخته شده تبدیل کردیم. و حالا، گیاه قابلیت تولید کلاژنِ انسانی رو به صورت کاملاً تازه داره. ناب. این فوقالعاده است. و در حال حاضر هم داره اتفاق میافته. امروز ما در سرتاسر اسرائیل و در زمینهایی به مساحت ۲۵٫۰۰۰ متر مربع در حال کاشت گلخانهای اون هستیم. کشاورزها، نهالهای کوچیک تنباکو رو دریافت میکنن. اونها دقیقاً شبیه تنباکوی عادی هستن با این تفاوت که حامل پنج ژن انسان بوده و مسئول تولید نوع ۱ کلاژن هستن. ما به مدت ۵۰ تا ۷۰ روز پرورششون میدیم برگهاش رو میچینیم، و بعد برگها با کامیون حامل یخچال به کارخونه منتقل میشن. اونجا پروسه استخراج کلاژن شروع میشه.
اگه تا حالا سُس پِستو درس کرده باشین -- اساسش همونه.
(خنده حاضرین)
برگها رو له میکنین و عصارهای که بهدست میآد حاوی کلاژنه. پروتئین رو تلغیظ میکنیم، برای خالصسازی به اتاقهای پاک منتقل میکنیم و نتیجه نهایی دقیقاً کلاژنیه که ما در بدنمون داریم -- ناب و تازه و همون مادهای که ازش ایمپلنتهای پزشکی میسازیم: برای نمونه پرکنندههای فضای بین استخوانی برای شکستگیهای شدید یا حتی جدیداً جوشدادن مهرههای ستون فقرات حتی، اخیراً ما تونستیم نوعی ژل روان رو به بازار اروپا وارد کنیم که در درمان زخم پایِ دیابتیها کاربرد داره و حالا برای استفاده در مراکز درمانی تأیید شده.
این یه داستان علمی تخیلی نیست. این کار همینحالا داره انجام میشه ما داریم برای کاشت ایمپلنتهای پزشکی در بدن انسان، از گیاهان استفاده میکنیم. درواقع، اخیراً موفق شدیم الیاف کلاژنی بسازیم که شش برابر از زردپی آشیل قویتراند. این فوقالعاده است.
با کمک شرکامون در ایرلند به قدم بعدیمون فکر کردیم: اضافه کردن رزیلین به این الیاف. با این کار تونستیم اَبَر الیافی بسازیم که ۳۸۰درصد محکمتر و ۳۰۰درصد ارتجاعیتر هستن. با این حساب و درکمال تعجب، در آینده خواهیم دید که وقتی یک بیمار، یک زردپی یا رباط پیوندی دریافت میکنه که از این الیاف ساخته شدن وضعیت بعداز عملش بهتر از وضعیتی میشه که قبل از آسیبدیدگیش داشت.
پس در آینده چه اتفاقی میافته؟ ما معتقدیم که میتونیم سازههایی نانوبیولوژیکی بسازیم که طبیعت به ما داده کلاژن، نانوسلولز، رزیلین و خیلی چیزای دیگه. و با این توصیفات، قادر خواهیم بود ماشینهایی با کارائی بالاتری بسازیم. حتی قلب. و این قلب، مثل اونی نخواهد بود که ما از یه نفر اهداکننده دریافت میکنیم. بلکه بهتره. کارائیش بالاتره و بیشتر عمر میکنه.
دوست من صهیون سلیمان یه بار یه جمله هوشمندانه بهم گفت. گفت: "اگه یه ایده جدید میخوای باید یه کتاب قدیمی رو باز کنی." و من میخوام بگم که اون کتاب نوشته شده بود. طی سه میلیارد سال تکامل نوشته شده. و متنش، دیانایِ زندگیه. همه کاری که باید بکنیم اینه که این متن رو بخونیم هدیه طبیعت رو پذیرا باشیم و رشدمون رو از همینجا شروع کنیم.
ممنون.
