يحتوي كل كائن حي ، من أبسط الميكروب إلى أطول شجرة ، على مكتبة من المعلومات الوراثية التي يتم تكريرها بمليارات من السنين من التطور. أقزام هذه البيانات البيولوجية حتى أنظمتنا الرقمية الأكثر تقدماً. تدير الطبيعة تجربة التعلم الآلي النهائي منذ أن بدأت الحياة ، مما يؤدي إلى تحسين الحلول للبقاء والكفاءة والتكيف على مقياس بدأنا فقط في فهمه.
ماذا لو ، بدلاً من استبدال الطبيعة بالآلات ، يمكننا العمل مع الأنظمة البيولوجية كمتعاونين؟ هذا هو وعد التكنولوجيا الحيوية الحديثة. منذ ما يقرب من عقدين من الزمن ، شرعت وزميلي في المختبر ألفين فيما اعتبره الكثيرون مسعى مستحيلًا. كنا طلاب الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في بيركلي مع فكرة جذرية: ماذا لو استطعنا تطبيق الأدوات البيولوجية الناشئة على إيقاظ القدرات النائمة في الأنظمة الحية التي يمكن أن تعمل إلى جانب المزارعين؟
مشكلة الأسمدة
في حين أن 78 ٪ من الهواء الذي نتنفسه هو النيتروجين ، لا يمكن للنباتات الوصول إليه مباشرة. على ملايين السنين ، حلت ميكروبات التربة هذه المشكلة من خلال تثبيت النيتروجين ، وتحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى طعام نباتي. ولكن مع الاستخدام الواسع النطاق للأسمدة الاصطناعية ، أصبحت العديد من هذه الميكروبات هادئة. تم إيقاف قدرات تثبيت النيتروجين.
لسنوات ، كان المزارعون يتناثرون الأسمدة عبر حقولهم ويأملون أن يصلوا إلى محاصيلهم. الكثير منها لم يفعل. تم غسلها في الأنهار والجداول ، وخلق مناطق ميتة في الممرات المائية لدينا.
تخيلت ولفين نهجًا مختلفًا: نظام حي يمكن أن يعمل بالشراكة مع المزارعين. الميكروبات التي ستعيش في جذور المحاصيل وتستجيب ديناميكيًا لاحتياجات كل مصنع. سيكونون متعاونين لا يكلون ، مما يؤدي إلى تحسين توصيل المغذيات بدقة تأتي من مليارات السنين من التطور المشترك مع النباتات.
جمعنا عينات التربة من المزارع في جميع أنحاء البلاد ، والميكروبات المعزولة ، وبدأنا في إعادة صياغة قدراتها النائمة لتثبيت النيتروجين وتعزيز ما كانت عليه الطبيعة بالفعل.
في يوم من الأيام في المختبر ونحن ننظر إلى أنبوب اختبار يحتوي على بذور الذرة النبتة. استعمر شريكنا الميكروبات جذور المصنع الصغير ، وتثبيت النيتروجين بنشاط ومشاركته مع مضيفهم. كان هذا النبات الصغير ، الذي ينمو بقوة دون أي سماد إضافي ، دليلًا على أننا نجحنا. لم نخلق حياة اصطناعية. لقد استيقظنا إمكانات الحياة الحالية للعمل في وئام مع الاحتياجات الإنسانية.
الثورة الميكروبية
اليوم ، يعمل شركاء الميكروبات في التربة عبر ملايين فدان الأراضي الزراعية في جميع أنحاء العالم ، مما يساعد المزارعين على زراعة المزيد من الأغذية مع تأثير بيئي أقل. لقد منعوا أكثر من 1.3 مليون طن متري من انبعاثات غازات الدفيئة منذ عام 2022 وحده. إنهم جزء من ثورة هادئة تحدث عند تقاطع البيولوجيا والإبداع البشري.
تمتد هذه الثورة إلى أبعد من الزراعة. لقد اكتشف العلماء وتعزيز الميكروبات التي تحطم بشكل طبيعي انسكابات الزيت في البيئات البحرية ، شراكة مع هذه الكائنات الحية لتسريع شفاء المحيطات. وجد آخرون بكتيريا يمكن أن تهضم النفايات البلاستيكية ، وتحول التلوث إلى منتجات ثانوية غير ضارة – ليس من خلال المواد الكيميائية القاسية ، ولكن من خلال نفس العمليات التي تستخدمها الطبيعة لإعادة تدوير المادة العضوية. يقوم الباحثون بتطوير مواد حية يمكن أن تشعر بالأضرار وإصلاح أنفسهم ، مستوحاة من كيفية شفاء أجسامنا.
في الطب ، نرى تطورات ملحوظة: البكتيريا التي يمكن أن تكتشف الخلايا السرطانية في وقت أبكر من أي آلة ، والطحالب التي تنتج أدوية لإنقاذ الحياة بشكل أكثر كفاءة من المصانع ، والعلاجات الشخصية التي تعمل مع أجهزة المناعة لدينا بدلاً من ذلك. يمثل كل اختراق شراكة بين الإبداع الإنساني والحلول التي تم اختبارها للطبيعة.
علاقة معاد تصورها مع العالم الحي
مثلما تضخّم AI الذكاء البشري من خلال التعلم من البيانات التي أنشأناها ، فإن هذا العصر البيولوجي الجديد يضخّم القدرة البشرية من خلال التعاون مع الحكمة المشفرة في الحياة نفسها. ولكن على عكس الذكاء الاصطناعي ، الذي نبنيه من نقطة الصفر ، نعمل مع الأنظمة التي حلت بالفعل العديد من أكبر تحدياتنا. نحن فقط بحاجة إلى تعلم لغتهم.
هذا هو أكثر من تحول تكنولوجي. إنها إعادة تخيل أساسية لعلاقتنا بالعالم الحي. لأول مرة في التاريخ ، يمكن أن يكون لدينا حوار حقيقي مع الطبيعة-ليس للسيطرة أو التحكم ، ولكن للتعاون والتشارك. الاختيار ليس بين الطبيعة والتكنولوجيا. يتعلق الأمر بالاعتراف بأن الطبيعة هي التكنولوجيا الأكثر تطوراً التي واجهناها على الإطلاق. وبدأنا للتو في تعلم كيفية العمل معها.
في المجال البيولوجي ، كان هؤلاء الشركاء هنا طوال الوقت ، في انتظار أن نتعلم لغتهم. المستقبل لا يتعلق بجعل علم الأحياء أكثر تشبه الآلة. يتعلق الأمر باكتشاف أن علم الأحياء كانت دائمًا أكثر عبقرية من أي آلة يمكن أن نبنيها.
الثورة الحقيقية ليست في السيطرة على الحياة ، ولكن في الانضمام إليها.
Karsten Temme هو كبير مسؤولي الابتكار في Pivot Bio.
