Biolodzy i inżynierowie, a nie inżynierowie i biolodzy. Ta pozornie nic nie znacząca różnica w istocie jest kluczowa. Inżynierowie od dawna (może od zawsze?) szukali inspiracji w świecie ożywionym. Ludzie chcieli latać i próbowali budować urządzenia podobne do szybujących ptaków. Łodzie mają kształt ryb, a katedry sklepienia w kształcie czubka jajka. Ze współpracy inżynierów i biologów narodziła się bionika. Dzisiaj naprawdę trudno znaleźć dziedzinę techniki czy przemysłu, w której w ogóle nie czerpano by ze świata zwierząt lub roślin. Nawet ekrany telefonów komórkowych buduje się na podobieństwo skrzydeł motyla. Czy to nie zastanawiające, że te ostatnie są kolorowe nawet w ostrych promieniach letniego słońca, tymczasem w jasny dzień na ekranie telefonu albo tabletu prawie nic nie widać?

Rurki w liściu

Tyle bionika. Rozwija się, ma się świetnie, dzięki niej nie musimy wyważać otwartych już dawno drzwi. Ale ten artykuł nie jest o bionice, tylko o dziedzinie, która nie ma jeszcze swojej nazwy. W bionice inżynierowie i konstruktorzy spoglądali w kierunku biologii. Właśnie rozpoczęła się era, w której to biologia zaczyna czerpać z technologii. Grupie naukowców z Massachusetts Institute of Technology (USA) udało się wszczepić do wnętrza żywej komórki roślinnej nanorurki węglowe, co spowodowało znaczący wzrost wydajności fotosyntezy. Innymi słowy przy tym samym oświetleniu roślina wzbogacona nanorurkami wyprodukowała więcej energii. Dokładnie o 30 proc. więcej. To z kolei bezpośrednio przekłada się na szybkość wzrostu i na masę zarówno samej rośliny, jak i jej nasion.

Nanorurki były wszczepiane do liścia żywej rośliny. Nie dość, że ta operacja rośliny nie uszkadzała, to na dodatek w pewien sposób ją wzbogacała. Co warto przy tym podkreślić, badacze nie musieli nanorurek węglowych wkładać do każdej komórki z osobna. Okazało się bowiem, że po pokryciu rurki węglowej cienką warstwą DNA roślina sama ją pochłaniała i umieszczała w chloroplastach, czyli dokładnie tam, gdzie zachodzi fotosynteza. Nanorurki węglowe to struktury zbudowane (jak sama nazwa wskazuje) z węgla. I choć zostały odkryte wiele lat temu, dopiero teraz zaczynamy odkrywać ich niesamowite właściwości. Najczęściej mówi się o nich w kontekście ogromnej wytrzymałości, elastyczności, a równocześnie bardzo małej masy. Doświadczenia amerykańskich uczonych pokazują cechę, o której wcześniej nie mieliśmy pojęcia. I wciąż nie mamy. Naukowcy nie wiedzą, dlaczego roślina zaczęła... lepiej, a właściwie wydajniej działać. Zaskoczeniem jest dla nich to, że nanorurki – twór dla rośliny całkowicie sztuczny – nie dość, że nie zostały odrzucone, to na dodatek znalazły się w odpowiednim miejscu i zaczęły z żywą komórką „współpracować”. Być może rośliny użyte do tych doświadczeń są pierwszym tworem naturalno-technicznym na świecie. Pierwszym sprawnie działającym organizmem wspomaganym przez technologię. Tak, ludzie także są wspomagani, np. przez implanty ślimakowe (dla niesłyszących) czy różnego rodzaju protezy. Ale to za każdym razem próba naprawienia jakiegoś błędu czy wady wrodzonej albo nabytej. Rośliny przyjmujące nanorurki nie były uszkodzone. Zostały ulepszone przez sztuczne, obce ciało. To odkrycie ma gigantyczny potencjał. Jeżeli roślina potrzebuje mniej światła, żeby funkcjonować, oznacza to, że np. ziarna zbóż mogą rosnąć i dawać plon w warunkach, które dotychczas były dla nich niekorzystne. Z kolei w warunkach optymalnych mogłyby dawać więcej ziarna niż dotychczas.

Kropki w bakterii

Na tej samej uczelni, ale nieco wcześniej, przeprowadzono inny eksperyment. Zespół profesora Timothy’ego Lu tak zmodyfikował bakterie Escherichia coli, że produkowały one szkielet czy gąbkę. W tę strukturę naukowcy wkładali np. nanocząsteczki złota czy tzw. kropki kwantowe. – Nasz pomysł polega na połączeniu materii ożywionej i nieożywionej i stworzeniu hybrydowych materiałów zawierających żywe komórki – powiedział Timothy Lu. Po co? I tu zaczyna się niesamowita opowieść. Weźmy np. ludzką kość. Potrafi się regenerować, potrafi rosnąć, potrafi się zrastać. Jest wytrzymała, ale także elastyczna. Ale kość nie do końca jest żywa. Składa się z żywych komórek i to one odpowiadają za wzrost, zrastanie się i regenerację. Materia nieożywiona nie ma takich cech. Z kolei za wytrzymałość i odporność kości odpowiadają minerały. Kość jest przykładem połączenia najlepszych cech materii ożywionej i nieożywionej. Naukowcy chcą takie materiały projektować i tworzyć, a następnie z nich wytwarzać np. powierzchnie, które się odnawiają i regenerują. Takie materiały mogą przewodzić prąd czy emitować światło. Ale równocześnie mogą się rozmnażać i reagować na środowisko zewnętrzne. Może z takich „żywych materiałów” będą powstawały źródła energii, ogniwa fotowoltaiczne, a może czujniki wrażliwe na zmiany środowiska czy – w dalekiej przyszłości – konstrukcje i elementy przedmiotów powszechnego użytku..