Kunne glød-in-the-dark planter erstatte gadelygter?

Tidligt i maj 2013, den amerikanske regering beordrede en nonprofitorganisation i Texas til at fjerne tegninger for en farlig enhed fra sit websted. Varen? Befrieren, en fungerende plastpistol slog til på flere tusinde dollars, industriel 3D-printer. Tegningerne blev downloadet anslået 100, 000 gange. De findes sandsynligvis stadig på internettet [kilde:BBC].

Vi lever i en tid, hvor "gør-det-selv" har fået spændende og nervepirrende konnotationer, fra at skrive en morder -app til at bygge en DIY atomreaktor [kilde:Clynes]. Efterhånden som billig 3D-udskrivning vokser i stand til stadig mere komplekse opgaver, vi kan snart lave vores eget legetøj, møbler - selv husholdningselektronik [kilde:Dillow]. Tilslut internettets dybe og ekspansive vidensbase og finanspolitikken ved crowdfunding -websteder som Kickstarter, og du har en opskrift på en forandret verden.

Men er vi klar til at frigive så mange genier fra så mange flasker på én gang? Inden du svarer, mener, at nogle af disse flasker er mærket "bakterier" og "DNA, "værktøjer i spirende sommerhusindustrien inden for DIY bioteknologi. Så hvad er mere farligt:​​syntetisk og genetisk modificeret liv, eller en trykbar pistol?

Sådan lød spørgsmålene fra miljøgrupper, da syntetisk biolog Omri Amirav-Drory, planteforsker Kyle Taylor og projektleder Antony Evans begyndte kampagnen Glowing Plants Kickstarter for at "skabe rigtige glødende planter i en gør-det-selv-biolab i Californien" [kilder:Evans; Paramaguru; Pollack]. Som donorer fra Public Broadcasting Service, Kickstarter -kampagnebidragsydere modtager løftebelønninger, men det er ingen muleposer:I stedet enhver, der sparker i $ 40, vil modtage frø til dyrkning af deres egne glødende planter.

Uskadelig? Måske, måske ikke. På den ene eller anden måde, det svarer til den uregulerede spredning af en genetisk modificeret livsform.

Fra 5. juni, Glødende Planter havde samlet 7, 858 backers og mere end $ 451, 207 i finansiering. Efter at have blæst forbi de første $ 65, 000 mål om at vokse strålende Arabidopsis thaliana - en ukrudt sennepsslægtning og yndlingsplante marsvin- den nærmede sig hurtigt sine $ 500, 000 strækningsmål. Forskningen kan en dag føre til et væld af belysningsløsninger, der, ifølge Evans, ville gøre en betydelig indhug i vores kulstofaftryk [kilder:Evans; Paramaguru; Pollack].

Evans og firma er langt fra det eneste spil i byen. Forskere i Taiwan undersøger diffunderende guldnanopartikler i træblade for at få dem til at både gløde og fotosyntetisere, fjernelse af kulstof fra luften [kilder:Beck; Nagano]. Tættere på hjemmet, Alexander Krichevsky, der ledede forskningen ved Stony Brook University, der hjalp med at inspirere og drive glødende planter, har stiftet sit eget firma, BioGlow, at markedsføre skinnende prydløv [kilde:Pollack].

Alt dette efterlader et klart spørgsmål:Vil planterne overhovedet fungere? Vil vi snart læse en bog af rhododendron eller køre en bil med lærkelys?

Få grønt lys

De siger, at der vokser mægtige egetræer fra små agern. Tændte egetræer kræver dog lidt hjælp fra videnskaben.

Den fluorescerende markørforskning, der ligger til grund for initiativet Glowing Plants, blev pioneret af Nobelprisvinderne i 2008 Osamu Shimomura, Martin Chalfie og Roger Y. Tsien, men arbejde med at spore genekspression ved hjælp af grønt fluorescerende protein (GFP) blomstrede virkelig i 1990'erne. Proteinet, som lyser, når de udsættes for ultraviolet lys, startede snart en havændring i molekylær og cellulær biologi, medicin og farmakologi, og hjalp med at plante frøet til spæde bioteknologiske industrier, såsom biosensorer og bioinformatik [kilder:Evans; Lee og Min; Nobelfonden; Timmer; Tsien].

Men planter, der kræver et sort lys for at skinne, bruges ikke meget til kørsel eller læsning. Sådanne applikationer kræver en lysafgivende kemisk reaktion, en slags spirende glødestok.

I 1986, University of California i San Diego (UCSD) forskere skabte netop det, da de modificerede en tobaksplante for at producere et enzym kaldet luciferase. Som enhver ildflu kan fortælle dig, når luciferase reagerer med ATP, et energilagrende molekyle, der bruges til metabolisme, og luciferin, et organisk molekyle, det udsender lys [kilde:Monastersky].

UCSD's anlæg var begrænset i en vigtig henseende, dog:Det lavede ikke sit eget luciferin, så det var ude af stand til, så at sige, lys det alene. I 2010, forskere ved Stony Brook University overvandt denne begrænsning ved at stikke seks luciferinkodende gener fra bioluminescerende marine bakterier ind i genetisk materiale placeret i plantens chloroplaster (plantestrukturer, der indeholder fotosyntetisk pigment). Et voila, autoluminescerende tobak - formodentlig til genoprettende rygere, der kan lide at tænde uden at tænde op [kilder:Evans; Krichevsky et al .; Paramaguru; Pollack].

Desværre, Stony Brook -planten lyste så svagt, at det krævede fem minutter i mørke for menneskelige øjne at opfatte det [kilde:Pollack]. Værre, gløden ødelagde gradvist selv, da luciferin drev det op, blev omdannet til oxyluciferin [kilde:Swain].

En mulig vej ud af denne kemiske blind vej kom i 2010, da et University of Cambridge iGEM -team (se sidebjælke) indsatte gener fra ildfluer og bioluminescerende bakterier i modificerede E coli , skaber en proces, der genbruger oxyluciferin tilbage til sin glødvenlige forløber. Deres proces øgede også lysudbyttet tilstrækkeligt til, at en bakteriekultur i vinflaske-størrelse udsendte nok lys til at læse af. Endelig, Evans og firma havde de stykker, de havde brug for til et vedvarende og selvbærende plantelys [kilder:Evans; iGEM; Swain; Timmer].

Men mens glødende markører omfatter vital forskning og medicinske anvendelser, punktet med et glødende træ - selv et med potentielt positive miljøeffekter, forudsat at Evans har ret - efterlader mange observatører stumpede.

I maj 2010, ved hjælp af en DNA -printer, genetisk lysende Craig Venter's Celera-team skabte den første syntetiske livsform. I dag, DNA -støberier er en virksomhed i vækst, og nogle eksperter hævder, at vi kun er et årti ude af at udskrive internetopskrifter hjemme [kilde:Wadhwa].

I mellemtiden, samarbejdsindsats som den årlige konkurrence sponsoreret af iGEM (International Genetically Engineered Machine Foundation) lærer eleverne at bygge syntetiske organismer ved hjælp af BioBricks. Ligesom open-source computerkode hjalp med at opbygge Internettet, disse biologiske byggesten kunne snart lægge grunden til større, integrerede biologiske systemer [kilde:iGEM].

Indie-glød? Eller ikke et glimt af håb?

Men hvor meget eller lidt Evans og firma i sidste ende opnår med Glowing Plants, ikke alle deler deres begejstring for udsigten til crowdsourcing, hjemmelavede, syntetisk "genegenering". Nogle sætter spørgsmålstegn ved projektets sikkerhed, mens andre fokuserer på dets validitet og finansielle etik.

Ifølge The New York Times, miljøgrupperne Friends of the Earth og ETC Group har kontaktet U.S. Agriculture Department for at afværge projektet og dets potentiale "udbredt, tilfældig og ukontrolleret frigivelse af bioingeniørfrø. "Hvad angår pengene, Evans fortalte Times, at han vil bruge nogle Kickstarter -midler til at udforske relaterede offentlige politiske spørgsmål, men mange kommentatorer er stadig skeptiske [kilde:Pollack; Timmer].

Så hvor skræmmende er disse træer? Kan de forurene miljøet med nissepollen? Det er svært at sige. Processen Glowing Plants vil bruge ligner den, der er udviklet på Stony Brook University, som påvirkede kloroplaster. I de fleste blomstrende arter, kloroplaster arves moderligt - videregives af frø, ikke pollen - hvilket reducerer risikoen for miljøforurening ved, sige, glødende roser, men mange træer falder uden for denne kategori [kilde:Krichevsky et al.].

Og pollen udgør kun et af mange potentielle miljøpåvirkninger. For eksempel, hvordan ville fugle, egern eller vitale insekter reagerer på et glødende træ? Hvordan ville planlæggere gå til at foretage en miljøkonsekvensvurdering for et sådant anlæg?

I mellemtiden, talrige praktiske spørgsmål venter også på svar:Hvor meget energi kunne sådanne anlæg råd til at tildele til let produktion? Og hvor lyst vil de i sidste ende skinne [kilder:Pollack; Timmer]?

Problemet er energi. Selvom den samlede solstråling, der rammer et gennemsnitligt træ, overgår den mængde, der kræves for at drive en effektiv gadebelysning, kun en lille brøkdel af denne isolering når et træs blade - og kun en lille del af det falder inden for det bølgelængdebånd, der kræves til fotosyntese. Træet skal derefter anvende en betydelig del af denne energi til at leve og vokse, efterlader kun en brøkdel af en brøkdel af en brøkdel til rådighed for at generere lys - for ikke at sige noget om den energi, der kræves til at fremstille de nødvendige kemikalier. Problemet ville kun forværres om vinteren, når tilgængeligt sollys dæmpes og træer går ind i en metabolisk stasis, der er nødt til at dræbe deres kemiske glans [kilde:Timmer].

Og det er roden til problemet. Uanset hvilken poppel ideen måtte være, og uanset hvor mange donorer der måtte rodfæstes eller fyrres for det, glødende træer er i bedste fald et skyggefuldt perspektiv.

Glødende planter er kun et eksempel på et større skift i gang med, hvordan vi ser belysning. Mens forskning fortsat afdækker, hvordan bestemte lysbølgelængder kan helbrede eller påvirke depression, lempelse, koncentration og endda kriminalitet, industrien har taget det til efterretning. Snart bevæger vi os ud over "Er det lyst nok herinde?" til at købe husholdnings- og arbejdslys, der kan justeres ved indfald for at opnå ønskede effekter [kilder:Barringer; Yomiuri Shimbun].

Masser mere information

Forfatterens note:Kan lys i mørket erstatte gadelygter?

Vil du gerne leve i en verden, der ligner en Pandora knockoff, eller blarer som vægdekorationer på en stoner -crash pad? Hvis du sagde ja, ville dit svar ændre sig, når du indser, at der sandsynligvis ikke er nogen måde at slukke træerne på?

Nogle omfavner glødende planter for deres symbolske værdi. Træer er forbundet med viden, hvad enten det er i bibelsk eller newtonsk forstand, ligesom forskellige lyskilder (pærer, lanterner og fakler tænker på). Men symboler skærer begge veje, og et glødende træ, der ikke virker - eller værre, forårsager skade - er en anden pil i skælven af ​​dem, der i det mindste ser en vis videnskab som useriøs og ikke er værd at de risici, forskning nogle gange udgør.

På den ene eller anden måde, sætningerne "gør-det-selv biolab" og "postordre-DNA-støberi" giver mig viljerne.

relaterede artikler

• Er vi 10 år væk fra kunstigt liv?
• Kan farvekodede bakterier hjælpe med at få øje på olieudslip?
• Sådan fungerer bioluminescens
• Hvordan fungerer glød-in-the-dark ting?
• Sådan fungerer Kickstarter

Kilder

• Barringer, Glædelighed. "Ny teknologi inspirerer til nytænkning af lys." New York Times. 24. april kl. 2013. http://www.nytimes.com/2013/04/25/business/energy-environment/new-technology-inspires-a-rethinking-of-light.html?pagewanted=all&_r=0
• BBC. "Den amerikanske regering beordrer fjernelse af Defcad 3D-Gun-designs." 10. maj kl. 2013. http://www.bbc.co.uk/news/technology-22478310
• Beck, Julie. "Træer fyldt med glødende nanopartikler kunne erstatte gadelygter." Populær videnskab. 11. november kl. 2010. http://www.popsci.com/technology/article/2010-11/trees-could-one-day-serve-streetlights-thanks-gold-nanoparticles
• Clynes, Tom. "Drengen der legede med fusion." Populær videnskab. 14. februar kl. 2012. http://www.popsci.com/science/article/2012-02/boy-who-played-fusion
• Dillow, Ler. "Hvordan 3D-udskrivning vil gøre hjem til mini-fabrikker." Populær videnskab. 16. november kl. 2012. http://www.popsci.com/technology/article/2012-10/how-3-d-printing-will-turn-homes-mini-factories
• Evans, Antony. "Glødende planter:Naturlig belysning uden elektricitet." Kickstarter -side. http://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit
• iGEM. "Team:Cambridge." http://2010.igem.org/Team:Cambridge
• iGEM. "Syntetisk biologi baseret på standarddele." http://igem.org/Om
• Krichevsky Alexander, Benjamin Meyers, Alexander Vainstein, Pal Maliga og Vitaly Citovsky. "Autoluminescerende planter." PLoS ONE. Vol. 5, ingen. 11. 2010. http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0015461
• Lee, Byeong Il og Jung-Joon Min. "Molekylær billeddannelse ved hjælp af bioluminescens." The Open Nuclear Medicine Journal. Vol. 2. Side 157. 2010. http://www.benthamscience.com/open/tonmedj/article/V002/SI0143TONMEDJ/157TONMEDJ.pdf
• Monastersky, Richard. "Firefly Gene sætter tobaksplanter Aglow." Science News. 15. november kl. 1986. http://www.sciencenews.org/view/url/id/199905/goto/Firefly_Gene_Sets_Tobacco_Plants_Aglow
• Nagano, Yuriko. "Guld bringer farve til vandplanter." Ny forsker. 25. november kl. 2010. http://www.newscientist.com/article/mg20827885.000-glowing-trees-could-light-up-city-streets.html
• Nobelfonden. "Nobelprisen i kemi 2008." http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2008/
• Paramaguru, Kharunya. "Glødende plante får grønt lys fra ventilatorfinansiering." Tid. 8. maj kl. 2013. http://newsfeed.time.com/2013/05/08/glowing-plant-gets-green-light-from-fan-funding/
• Pollack, Andrew. "En drøm om træer glænder om natten." New York Times. 7. maj kl. 2013. http://www.nytimes.com/2013/05/08/business/energy-environment/a-dream-of-glowing-trees-is-assailed-for-gene-tinkering.html?pagewanted=all
• Swain, Åben. "Glødende træer kunne lyse byens gader op." Ny forsker. 25. november kl. 2010. http://www.newscientist.com/article/mg20827885.000-glowing-trees-could-light-up-city-streets.html
• Yomiuri Shimbun. "Blå gadebelysning troede at forhindre selvmord, Street Crime. "The Seattle Times. 11. december, 2008. http://seattletimes.com/html/nationworld/2008494010_bluelight11.html
• Timmer, John. "Hvorfor dine gadebelysning ikke snart vil blive erstattet af glødende træer." Ars Technica. 30. april kl. 2013. http://arstechnica.com/science/2013/04/why-your-streetlights-wont-be-replaced-by-glowing-trees-anytime-soon/
• Tsien, Roger Y. "Det grønne fluorescerende protein." Årlig gennemgang af biokemi. Vol. 67. Side 509. 1998. http://tsienlab.ucsd.edu/Publications/Tsien%201998%20Annu.%20Rev.%20Biochem%20-%20GFP.pdf
• Wadhwa, Vivek. "DNA:The Next Big Hacking Frontier." Washington Post. 7. december kl. 2011. http://articles.washingtonpost.com/2011-12-07/national/35286045_1_synthetic-biology-mycoplasma-mycoides-craig-venter