David Friml | Biota

Projekt autonomní vertikální farmy rostlé pomocí syntetické biologie nasťiňuje, kam až se může v blízké budoucnosti rozvinout syntetická biologie. S její pomocí lze řešit zvyšující se nároky lidstva na potravu a zároveň odstranit mnohé problémy její současné produkce.


2013

V roce 2007 žilo poprvé v historii více lidí ve městech než na venkově. Tento trend stále pokračuje a předpokládá se, že do roku 2050 bude žít ve městech již 75% světové populace. S touto urbanizací a rychle rostoucí poptávkou po potravinách je velmi intenzivně využívána půda a mýceny lesy. Intenzivní využívání půdy vede k její degradaci a tím více se hospodaří na půdě nové. Jelikož většina lidí žije ve městech, jídlo se musí dovážet. Toto je neekonomické, neekologické a při stávajícím trendu těžce udržitelné. Jedním z možných řešení je půdu na malém uzemí znásobit do výše - vytvořit vertikálí pole. Současné koncepty vertikálních farem využívající dnešní dostupnou technologii jsou příliš neefektivní a neekonomické.


2035

S příchodem nových technologí a rapidním rozvojem syntetické biologie ve dvacátých letech 21. století je možné vytvořit komplexní organismus, který produkuje a zároveň distribuje potraviny přímo v centrech měst - a to zcela autonomně.





////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

SYNTETICKÁ BIOLOGIE

V počítači naprogramovaná DNA je chemicky syntetizována, vložena do prázdného zárodku, který je dále schopný přirozené replikace a je nositelem vložené DNA. Takto naprogramovaná DNA má obrovské možnosti a varianty sepsání, čímž je možné vytvořit komplexní umělé organismy s různorodými vlastnostmi.


KOMUNIKACE

Celý systém komunikuje s člověkem podle předem naprogramovaného interface pomocí chemických signálů. Bakterie s chemoreceptory rozpoznají chemický signál a upraví podle něho chování celého organismu. Lidé strukturu ovládájí pomocí chemo-syntetizátorů, které jsou rozmístěny po městě a s člověkem komunikují pomocí elektromagnetického vlnění mozku.


ŽIVOTNÍ CYKLUS

zánik - Systém je navržen tak, že se mění dynamicky v průběhu času. Mrtvé, či nefunkční části jsou odvedeny pryč a nahrazeny novými. Tímto způsoben je možné udržovat strukturu při životě se zachováním funkčnosti libovolně dlouho. Pokud již nebude potřeba, chemickým signálem vytvoří nové bakterie, které ji celou rozeberou a vyplaví zpět do rozvodné infrastruktury.

život - V průběhu života je systém zcela soběstačný. Od produkce, přes komunikaci až po ůdržbu.

růst - Syntetizované bakterie se sami exponenciálně množí a podle kódu zapsaného do jejich DNA vytvářejí nosnou strukturu a obalovou membránu pomocí syntézy vzdušného oxidu uhličitého a přísunu živin z rozvodného systému.


URBANISMUS

Vertikální farma začne růst na požadavek central-izovaného urbanismu města. V atmosféře se jako pyl nacházejí synteticky vytvořené zárodky, které se po aktivaci (provedené vysláním chemického signálu) usadí a začnou růst. S pomocí blízkých farem se k této zárodečné roz-roste požadovaná podzemní infrastruktura. Spodní část rostlá v zemi zajišťuje stabilitu. Je tvořena kapsami, obsahujícími potřebné živiny pro růst struktury a pro běh celé farmy. Živiny jsou do těchto nádrží dopravovány mětským systémem z decentralizovaných výroben, které recyklují odpad, vodu a at-mosférický vzduch.


OBSLUHA

Objekt je zcela autonomní. Sklizeň je zajištěna geneticky modifikovanými vážkami. Vážky také zajišťují fungování celého systému a jeho ůdržbu. Po opravu venkovní membrány, prostupnost kanálků na živiny a defekty ve struktuře.


PRODUKCE

Produkce závisí na poptávce a vývojovém stádiu farmy. Denní výrobní kapacita farmy v posledním stádiu růstu činí 10^13J. To odpovídá energii, kterou za den potřebuje 1 000 000 lidí. Uživit takovýto počet lidí vyžaduje maximální rychlost produkce potravin. Geneticky modifikované růstové buňky takovýto růst umožňují. Za stálého přísunu živin a energie dokáží urychlit růst pěstované potravy v řádech stanásobků.


VERTIKÁLNÍ POLE

Jednotlivá vertikální pole jsou uchycena v ohybech stonku. Zajišťují nosnou funkci pro zavěšené plantáže, které jsou na propnutých spojích mezi jednotlivými poly. Tvoří je kompozit grafenových destiček, které tvoří nosnou konstrukci, a biologické tkáně, která rozvádí živivny ze stonků dále k jednotlivým farmám.


MEMBRÁNA

Bio-membrána zajišťuje stálost a sterilitu vnitřního prostředí. Roste spolu se strukturou. Je translucentní, z geneticky modifikované tkáně medůzy Cyanea capillata. Jednotlivá její pole jsou z vyztužené membrány na bázi chrupavek. Tyto prvky jsou v určitých místech ukotveny k nosné vnitřní struktuře. Pro umožnení interakce s exteriérem umožňuje membrána propustnost skrze póry. Takto mohou obsluhující organismy opustit systém.


STONEK

Nosnou strukturou jsou vzájemně provázané stonky z kompozitu grafenu a biologické tkáně. Grafen je syntetizován z atmosférického oxidu uhličitého pomocí růstových bakterií. Stonky provázané s horizontálními poly tvoří tuhou konstrukci. Růstové bakterie jsou přítomny i po skončení růstové fáze a nadále zajišťují ůdržbu nosné konstrukce.