يتم تحديد الطبيعة كقاعدة معرفية للحلول التكنولوجية المستدامة في المجالات البيئية الأساسية: تقنيات المواد والمياه والطاقة. تعد المحاكاة الحيوية، أي تقليد حلول الطبيعة، مجالًا فكريًا متناميًا في العالم الأكاديمي والصناعي، ويُعترف بها كمحرك للابتكار البيئي. سنستعرض في هذا الخبر اثنين من تقنيات المحاكاة الحيوية الواعدة التي يتم تطويرها حاليًا في إسرائيل.
بقلم يائيل هالفمان كوهين[1]، شلومزيون شين[2]و عزرا أورلوفسكي[3]
تقليد شبكة العنكبوت
تعتبر شبكة العنكبوت مادة رائعة جذبت انتباه الإنسان في آلاف السنين الماضية. على مدى العقود القليلة الماضية، تعلم العلماء فهم الإمكانات الكامنة في استخدام شبكات العنكبوت لصالح البشرية، والاستفادة من خصائصها الميكانيكية الاستثنائية. على عكس يرقة نساج الحرير الأسيرة وشرانقتها تنتج حريرًا عاديًا بكميات تجارية، فإن العنكبوت حيوان إقليمي، ومن غير الممكن تكاثره على نطاق واسع بغرض إنتاج كمية تجارية من أنسجة العنكبوت. ولذلك، فإن إيجاد حل يتجاوز حاجة العنكبوت نفسه لإنشاء شبكات عنكبوتية سيمهد الطريق لإنتاج كميات كبيرة من هذه الألياف الخاصة، وسيسمح بدمجها في التطبيقات المختلفة.
يعرف العنكبوت الذي ينسج الويب كيفية إنشاء ألياف مختلفة تختلف في خصائصها. أقوى ألياف تعرف كيف تنسجها تسمى خط السحب، وتستخدمها للألياف الشعاعية في الشبكة، ولإطار الشبكة، وحتى كألياف هروب. وتعتبر هذه الألياف، الطبيعية أو الاصطناعية، أقوى الألياف المتوفرة. ومن الأمثلة على قوة الألياف حقيقة أنها أقوى بست مرات من الألياف الفولاذية ذات السمك المماثل، وأخف وزنًا منها بشكل ملحوظ.
خلال العقدين الماضيين، تم إجراء عدد كبير من المحاولات لتصنيع البروتينات التي تشكل ألياف خط السحب بشكل مصطنع في أنظمة التعبير البروتينية المختلفة - في الخميرة والبكتيريا والنباتات وحتى الماعز المعدلة وراثيا. أصبحت هذه التجارب ممكنة بفضل تقدم التكنولوجيا المستخدمة في الهندسة الوراثية. على الرغم من ذلك، فإن الألياف التي كان من الممكن نسجها بوسائل صناعية تكون أقل بكثير في خصائصها مقارنة بألياف خط السحب الطبيعية.
نجحت شركة Civics Material Sciences، وهي شركة إسرائيلية مقرها في القدس، في إنتاج ألياف مطابقة في خصائصها لألياف العنكبوت الباردة. وفي النظام البيولوجي وعمليات الإنتاج التي طورتها الشركة، فهي الأولى في العالم في إنتاج ألياف العنكبوت ذات التردد العالي وبكميات تجارية. خصائصها الاستثنائية - القوة والمرونة والمتانة والوزن المنخفض - تسمح للشركة بتطوير مجموعة واسعة من المنتجات الفاخرة الراقية في مختلف الصناعات، مثل صناعات السيارات والطيران والدفاع والرياضة، والتي تتطلب مواد قوية وخفيفة الوزن. هناك طلب أيضًا على الألياف في صناعة الأجهزة الطبية نظرًا لكونها بوليمرًا حيويًا يتمتع بمظهر توافق حيوي مفضل. تتعاون شركة Civics مع الشركات الرائدة في السوق لتطوير الجيل القادم من المنتجات.
تقليد التحلية البيولوجية
تحدث عمليات تحلية المياه في الطبيعة في المحطات المالحة. إن فهم عملية تحلية المياه يمكن أن يقرب عصر تحلية المياه الطبيعية، والتي لا تنطوي على استثمار الطاقة والمواد الكيميائية، ولها عدد قليل من المنتجات الثانوية. هناك ثلاث آليات رئيسية للتعامل مع الملح الزائد في الطبيعة - الفصل عند المصدر (المنغروف)، والإفراز من خلال الأوراق (إيشيل، المالحة) والتخزين في الأوراق اللحمية (السلسلة [ساركوكورنيا س.]، سمين بن تيون [ليمباردا كريثمويدس]، أوكيم [السويداء س.]).
في ميغيل، يتم حاليًا دراسة آلية التخزين في أوراق مجموعة متنوعة من محطات المياه المالحة في أرض إسرائيل في تحلية مياه الصرف الصحي الصناعية الزراعية. تم جمع النباتات الملحية (النباتات التي تعيش بشكل جيد في تركيزات الملح البالغة 300 ملليمولار أو 8,600 ملغ لكل لتر) من أماكن مختلفة في البلاد حيث تكون تركيزات الملح مرتفعة جدًا، مثل أحواض الملح في عتليت حيث يتم تجفيف الملح من البحر، و منطقة البحر الميت. وأظهرت النتائج الأولية أن هذه النباتات تخزن الملح في الأوراق حسب تراكيز الملح الموجودة في بيئتها، وأن تركيز الملح في الأوراق يمكن أن يصل إلى 5% من الوزن الطازج للنبات. يتم تطبيق سعة التخزين هذه في منشأة تجريبية للمعالجة المحلية لمياه الصرف الصحي الناتجة عن منتجات الألبان والتي تتميز بتركيزات عالية من الصوديوم (انظر الشكل). وفي المرحلة الحالية لا يزال هناك استخدام في الطبيعة، أي النباتات الملحية نفسها. وفي المستقبل، بعد فهم مبادئ تحلية المياه، قد نتمكن من بناء نظام تكنولوجي محاكٍ بيولوجيًا يعمل بطريقة مماثلة. يتم تمويل البحث من قبل الاتحاد الأوروبي كجزء من Horizon 2020: اللواء - سد الفجوة بين البحوث والتكنولوجيا للتعامل مع تغير المناخ.
إن الفوائد البيئية لهذه التقنيات واضحة. يتم إنتاج الفولاذ حاليًا في عمليات إنتاج كثيفة الاستهلاك للطاقة والتي تتضمن تسخينه إلى درجات حرارة عالية وتلويث البيئة. إن تطوير ألياف تحاكي خصائص برد العنكبوت لن يضمن فقط مادة أقوى وأكثر مرونة من الفولاذ، ولكن أيضًا مادة أكثر استدامة، وتكون خصائصها مشتقة من البنية وليس من عمليات الإنتاج كثيفة الاستهلاك للطاقة. وحتى عمليات تحلية المياه الموجودة اليوم تنطوي على استثمار كبير في الطاقة. كلما اقتربنا من عمل أنظمة تحلية المياه من عمل الأنظمة الطبيعية، كلما أصبح لدينا حلول أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر استدامة.
تم تقديم كلتا التقنيتين في المؤتمر الثالث حول التقليد الحيوي - الأوساط الأكاديمية والصناعة، الذي عقد في جامعة تل أبيب في 8.6.2017 يونيو XNUMX.
הערות
[1] منظمة التقليد الحيوي الإسرائيلية
[2] علوم المواد المدنية
[3] مركز الجليل للمعرفة (ميجال)
تعليقات 8
حسنًا، أنا أفهمك كابيش وأكريمسكا - أنتم غير قادرين على ارتكاب الأخطاء، الجميع يرتكبون الأخطاء ونساج الحرير لا يزرع ويعيش في البرية.
ويذهب مليارات الصينيين إلى الحقل ويجمعون شرانقه من الحقل ليصنعوا الحرير لليابانيين...
ويكيبيديا خاطئة، كل الموسوعات خاطئة، الكتب المدرسية ومعلمي في المدرسة الثانوية (الذي أعطانا خيط حرير لننموه في المنزل كمشروع علم الأحياء) كانا مخطئين، موقع أمير وينشتاين مخطئ (الرابط مرفق)، والجميع كذلك. خطأ، البواب وحده هو الذي رأى خيط الحرير في أشجار التوت في حديقته..
اقتباس :
"إن دودة القز Bombyx mori تنتمي إلى عائلة دودة القز Bombycidae التي تضم حوالي 300 نوع وهي شائعة في جنوب وشرق آسيا. وفي إسرائيل، ليس للعائلة ممثل واحد في الحانة. حائك الحرير هو الممثل المألوف للعائلة. تم تطوير السلالة المزروعة* من أنواع برية نشأت في شرق آسيا وهويتها الكاملة ليست واضحة تمامًا، وأقرب الأنواع البرية اليوم هو Bombyx mandarina. على عكس الأنواع البرية، لا يمكن للأنواع المزروعة البقاء على قيد الحياة دون مساعدة الإنسان لأن البالغين (كلا الزوجين) لا يطيرون. في الأنواع البرية، الأنثى فقط لا تطير والذكر يطير. ينجذب الذكور ويطيرون نحو الإناث بعد فرمون جنسي تطلقه الأنثى في الهواء. "
http://www.insectour.com/Web/?PageType=0&ItemID=283567
فهمت الان . أنت "تستمد" المعلومات من ويكيبيديا وتكون مقتنعًا بموثوقيتها
اوه حسناً ،
الى حد، الى درجة
التدجين هو تغيير الخصائص المورفولوجية والسلوكية وغيرها عن طريق الاختيار مع مرور الوقت،
لتتناسب مع متطلبات المضيف،
لذلك مع الدجاج والأبقار والخيول والكلاب وأكثر من ذلك،
إذا أصيب الناس بالإسهال لصنع السماد،
يحتفظون بالحيوانات البرية في السيرك أو حدائق الحيوان، ويربون السلاحف في الحديقة
أو السرو والبلطي في البرك ليس تدجيناً،
وينطبق الشيء نفسه على حيوانات الفراء أو تربية التمساح،
وعلى عكس "ويكيبيديا"، فإن طريق الحرير موجود في الشريط وهو ظاهر وينمو ويتطور
تمامًا مثل اليرقة "المستأنسة"، والتي ليست مستأنسة،
كابيش؟
إلى حارس البوابة:
ستجد هنا مواد أكثر موثوقية من النسخة العبرية:
https://en.wikipedia.org/wiki/Bombyx_mori
تصحيح - أحد الأباطرة الأوائل في الصين. (ليس القيصر، ذلك القيصر كان في روسيا)
صحيح أنني ارتكبت خطأ تكتيكيا فادحا عندما كتبت "كما أعلم" وهذا إغفال يدل على عدم الثقة ولا ينبغي كتابته هنا بهذه الطريقة.
باختصار - في ويكيبيديا العبرية مكتوب "مجموعات" - ربما يكون هذا هو مصدر خطأك وهذا غير صحيح.
ترعى الأبقار أيضًا في المرج ثم يتم جمعها وذبحها.
ومع ذلك، فإن الأبقار الموجودة في المرج اليوم ليست هي نفس الأبقار التي كانت ترعى في العصر الحجري.
تم اكتشاف دودة القز في الصين في عهد القياصرة الأوائل منذ أكثر من ألف عام، ومنذ ذلك الحين لا يمكن العثور عليها في البرية في أي مكان في العالم.
تتم تربية دودة القز في الموائل المحمية على أوراق التوت في أقفاص خاصة، ويتم تغيير الأوراق لها كما يتم تغيير القش للأبقار في الحظيرة.
هذه الفراشات عاجزة تمامًا، فهي غير قادرة حتى على الطيران لأكثر من بضعة سنتيمترات ولا تعيش على شجرة التوت بالخارج لفترة أطول مما يستغرقه أي طائر عادي ليأكلها.
ابي ،
لقد بدأت في "كما أعرف"
وتبين أن ما تعرفه غير صحيح،
تنمو اليرقة في البرية على أشجار التوت وما يفعله مزارعو الحرير
إنها تنمو أشجار الفراولة وتجمع الدرنات،
إنه مثل الأطفال الذين يجمعون الحرباء، والسكان الأصليين يجمعون يرقات جوز الهند،
اليمنيون يجمعون الجراد ونحو ذلك
كابيش؟
وكما أعرف فإن فراشة دودة القز لا تستطيع أن توجد في الطبيعة إلا صناعيا وبدون علاج.
وهو مثل العديد من حيوانات المزرعة التي لا تستطيع العيش في البرية دون الشخص الذي يعتني بها، فقد تعرضت لتغيرات نتيجة الانتقاء الاصطناعي على مدى مئات أو آلاف السنين.
فنعم، يمكنك أن تقول عنه إنه مستأنس كما يمكنك أن تقول ذلك عن الدجاج.
وكان من الأفضل لو كان الكتاب حذرين ودقيقين، نعم
على عكس ما هو مكتوب، لم يتم "تدجين" يرقة الحرير أبدًا، بل تم جمعها ببساطة،
مثل النمل الأبيض في أفريقيا أو الجراد والحشرات الأخرى حول العالم.
"التوليف" في تركيبة العبرية.
قوة الألياف ليست "متوازية" ولكنها متساوية...
- كما تنفق نباتات الملح الطاقة لفصل الماء عن الملح...