0:00:00.000,0:00:03.000
Ajattelin puhua siitä, miten luonto tekee materiaaleja.

0:00:03.000,0:00:05.000
Toin mukanani punamerikorvan kuoren.

0:00:05.000,0:00:08.000
Se on biokomposiittimateriaali,

0:00:08.000,0:00:11.000
joka on 98 prosenttia massaltaan kalsiumkarbonaattia

0:00:11.000,0:00:13.000
ja kaksi prosenttia proteiinia.

0:00:13.000,0:00:15.000
Silti se on 3000 kertaa sitkeämpi

0:00:15.000,0:00:17.000
kuin sen geologinen vastine.

0:00:17.000,0:00:20.000
Monet ihmiset saattavat käyttää vastaavia rakenteita,

0:00:20.000,0:00:22.000
kuten kalkkikiveä.

0:00:22.000,0:00:24.000
Minua kiehtoo luonnon tapa

0:00:24.000,0:00:26.000
tehdä niin erinomaisia materiaaleja,

0:00:26.000,0:00:28.000
ja siihen liittyvät salaisuudet.

0:00:28.000,0:00:30.000
Osa sitä on, että nämä materiaalit

0:00:30.000,0:00:32.000
ovat rakenteeltaan makroskooppisia,

0:00:32.000,0:00:34.000
mutta ne ovat

0:00:34.000,0:00:36.000
muodostuneet nanomittakaavassa,

0:00:36.000,0:00:39.000
ja ne käyttävät proteiineja, jotka on koodattu geneettisesti,

0:00:39.000,0:00:42.000
mikä mahdollistaa näiden erinomaisten rakenteiden rakentamisen.

0:00:42.000,0:00:44.000
Joten mielestäni olisi kiehtovaa,

0:00:44.000,0:00:47.000
jos voitaisiin puhaltaa elämää

0:00:47.000,0:00:49.000
elottomiin rakenteisiin,

0:00:49.000,0:00:51.000
kuten akkuihin tai aurinkokennoihin.

0:00:51.000,0:00:53.000
Mitä jos niillä olisi joitain samoja

0:00:53.000,0:00:55.000
ominaisuuksia kuin punamerikorvan kuorella,

0:00:55.000,0:00:57.000
pystyen niiden puitteissa

0:00:57.000,0:00:59.000
rakentamaan erinomaisia rakenteita

0:00:59.000,0:01:01.000
huoneen lämpötilassa ja paineessa,

0:01:01.000,0:01:03.000
käyttäen myrkyttömiä kemikaaleja

0:01:03.000,0:01:06.000
ja päästämättä myrkyllisiä materiaaleja takaisin ympäristöön?

0:01:06.000,0:01:09.000
Sitä visiota olen pohtinut.

0:01:09.000,0:01:11.000
Mitä jos voisi kasvattaa akun?

0:01:11.000,0:01:14.000
Mitä jos akulle voisi antaa geneettistä informaatiota

0:01:14.000,0:01:16.000
siten, että siitä tulisi parempi

0:01:16.000,0:01:18.000
ajan mittaan,

0:01:18.000,0:01:20.000
ja se kävisi ympäristöystävällisesti?

0:01:20.000,0:01:23.000
Palatakseni punamerikorvan kuoreen,

0:01:23.000,0:01:25.000
sen lisäksi, että se on nanorakenteinen,

0:01:25.000,0:01:27.000
on kiehtovaa,

0:01:27.000,0:01:29.000
että uros- ja naaraspunamerikorvan kohdatessa,

0:01:29.000,0:01:31.000
ne välittävät eteenpäin geneettistä tietoa,

0:01:31.000,0:01:34.000
joka sanoo: "Näin rakennat erinomaisen materiaalin."

0:01:34.000,0:01:36.000
"Näin teet sen huoneen lämpötilassa ja paineessa"

0:01:36.000,0:01:38.000
"käyttäen myrkyttömiä materiaaleja."

0:01:38.000,0:01:41.000
Samoin piilevät, jotka näkyvät tässä, ja jotka ovat lasisia rakenteita.

0:01:41.000,0:01:43.000
Aina kun piilevä monistaa itsensä,

0:01:43.000,0:01:45.000
se antaa geneettistä informaatiota:

0:01:45.000,0:01:47.000
"Näin rakennat meressä lasia,"

0:01:47.000,0:01:49.000
"joka on täydellinen nanorakenne."

0:01:49.000,0:01:51.000
"Ja voit tehdä saman uudelleen ja uudelleen."

0:01:51.000,0:01:53.000
Mitä jos saman voisi tehdä

0:01:53.000,0:01:55.000
aurinkokennolle tai akulle?

0:01:55.000,0:01:58.000
Kerron mielelläni, että biomateriaaleista lempparini on neljävuotias lapseni.

0:01:58.000,0:02:01.000
Mutta kaikki, joilla on joskus ollut tai tuntee pieniä lapsia,

0:02:01.000,0:02:04.000
tietää miten monimutkaisia organismeja he ovat.

0:02:04.000,0:02:06.000
Jos haluaa saada heidät tekemään jotain,

0:02:06.000,0:02:08.000
mitä he eivät halua tehdä, se on hyvin vaikeaa.

0:02:08.000,0:02:11.000
Miettiessämme tulevaisuuden teknologioita,

0:02:11.000,0:02:13.000
aiomme käyttää bakteereja ja viruksia --

0:02:13.000,0:02:15.000
yksinkertaisia organismeja.

0:02:15.000,0:02:17.000
Voiko ne suostutella töihin meille,

0:02:17.000,0:02:19.000
rakentamaan rakenne,

0:02:19.000,0:02:21.000
joka on minulle tärkeä?

0:02:21.000,0:02:23.000
Mietimme myös tulevaisuuden teknologioita.

0:02:23.000,0:02:25.000
Aloitamme Maapallon alusta.

0:02:25.000,0:02:27.000
Kesti miljardi vuotta

0:02:27.000,0:02:29.000
saada elämää Maapallolle.

0:02:29.000,0:02:31.000
Hyvin nopeasti se muuttui monisoluiseksi,

0:02:31.000,0:02:34.000
se pystyi toisintamaan itseään ja pystyi

0:02:34.000,0:02:36.000
yhteyttämään tuottaakseen energiaa.

0:02:36.000,0:02:38.000
Mutta vasta 500 miljoonaa vuotta sitten --

0:02:38.000,0:02:40.000
kambrikaudella --

0:02:40.000,0:02:43.000
organismit meressä alkoivat tehdä kovia materiaaleja.

0:02:43.000,0:02:46.000
Sitä ennen rakenteet olivat pehmeitä.

0:02:46.000,0:02:48.000
Sinä aikana

0:02:48.000,0:02:50.000
kalsiumina, rautaa ja piitä

0:02:50.000,0:02:52.000
oli ympäristössä enemmän.

0:02:52.000,0:02:55.000
Ja organismit oppivat tekemään kovia materiaaleja.

0:02:55.000,0:02:57.000
Niin minäkin haluaisin tehdä --

0:02:57.000,0:02:59.000
vakuuttaa biologian

0:02:59.000,0:03:01.000
työskentelemään loppujenkin alkuaineiden kanssa.

0:03:01.000,0:03:03.000
Jos ajatellaan biologiaa,

0:03:03.000,0:03:05.000
on monia rakenteita kuten DNA ja vasta-aineita

0:03:05.000,0:03:07.000
ja proteiineja ja ribosomeja, joista olette kuulleet,

0:03:07.000,0:03:09.000
jotka ovat jo nanorakenteita.

0:03:09.000,0:03:11.000
Luonto siis antaa jo meille

0:03:11.000,0:03:13.000
todella verrattomia rakenteita nanomittakaavassa.

0:03:13.000,0:03:15.000
Mitä jos voisimme valjastaa ne

0:03:15.000,0:03:17.000
ja vakuuttaa ne olemasta vasta-aineita,

0:03:17.000,0:03:19.000
jotka tekevät sellaista kuin HIV?

0:03:19.000,0:03:21.000
Mitä jos voisimme vakuuttaa ne

0:03:21.000,0:03:23.000
rakentamaan meille aurinkokennon?

0:03:23.000,0:03:25.000
Nämä ovat luonnollisia kuoria --

0:03:25.000,0:03:27.000
biologisia materiaaleja.

0:03:27.000,0:03:29.000
Tämän punamerikorvan kuori -- jos sen halkaisee,

0:03:29.000,0:03:31.000
näkee, että se on itse asiassa nanorakenteinen.

0:03:31.000,0:03:34.000
Nämä piilevät ovat piidioksidia, ja

0:03:34.000,0:03:36.000
nuo ovat magneettikentille herkkiä bakteereja,

0:03:36.000,0:03:39.000
jotka vamistavat pieniä magneetteja navigoidakseen.

0:03:39.000,0:03:41.000
Näille kaikille yhteistä on se,

0:03:41.000,0:03:43.000
että niillä on rakenne nanomittakaavassa,

0:03:43.000,0:03:45.000
ja niillä on DNA-sekvenssi,

0:03:45.000,0:03:47.000
joka koodaa proteiinisekvenssin,

0:03:47.000,0:03:49.000
joka antaa niille ohjeet

0:03:49.000,0:03:51.000
näiden ihanien rakenteiden rakentamiseen.

0:03:51.000,0:03:53.000
Palatakseni punamerikorvan kuoreen,

0:03:53.000,0:03:56.000
punamerikorva tekee kuoren näillä proteiineilla.

0:03:56.000,0:03:58.000
Nämä proteiinit ovat negatiivisesti varautuneita.

0:03:58.000,0:04:00.000
Ne vetävät kalsiumia ympäristöstään,

0:04:00.000,0:04:03.000
tekevät kerroksen kalsiumia ja sitten karbonaattia, kalsiumia ja karbonaattia.

0:04:03.000,0:04:06.000
Sillä on kemiallinen aminohapposekvenssi,

0:04:06.000,0:04:08.000
joka sanoo: "Näin rakennat sen rakenteen."

0:04:08.000,0:04:10.000
"Tässä on DNA-sekvenssi, tässä proteiinisekvenssi"

0:04:10.000,0:04:12.000
"sen tekemiseen."

0:04:12.000,0:04:15.000
Jos voisi ottaa minkä tahansa haluamansa materiaalin

0:04:15.000,0:04:17.000
tai minkä tahansa alkuaineen jaksollisesta järjestelmästä

0:04:17.000,0:04:20.000
ja löytäisi vastaavan DNA-sekvenssin

0:04:20.000,0:04:22.000
ja koodaisi sen vastaavan proteiinisekvenssin

0:04:22.000,0:04:25.000
rakentamaan rakenteen, ei punamerikorvan kuorta --

0:04:25.000,0:04:27.000
vaan jotain, jota luonto

0:04:27.000,0:04:30.000
ei vielä ole saanut aikaan.

0:04:30.000,0:04:32.000
Tässä jaksollinen järjestelmä.

0:04:32.000,0:04:34.000
Rakastan jaksollista järjestelmää.

0:04:34.000,0:04:37.000
Joka vuosi annan uusille opiskelijoille MIT:ssä

0:04:37.000,0:04:39.000
jaksollisen järjestelmän, jossa lukee:

0:04:39.000,0:04:42.000
"Tervetuloa MIT:hin. Nyt olet elementissäsi."

0:04:42.000,0:04:45.000
Kääntöpuolella ovat aminohapot

0:04:45.000,0:04:47.000
pH-arvoineen, missä niillä on eri varaukset.

0:04:47.000,0:04:50.000
Joten annan tämän tuhansille ihmisille.

0:04:50.000,0:04:52.000
Vaikka tämä on Caltech eikä MIT,

0:04:52.000,0:04:54.000
minulla on muutama mukana, mikäli joku haluaa sellaisen.

0:04:54.000,0:04:56.000
Olin hyvin onnekas

0:04:56.000,0:04:58.000
saadessani vastaanottaa presidentti Obaman vierailun

0:04:58.000,0:05:00.000
labrassani tänä vuonna,

0:05:00.000,0:05:02.000
ja halusin antaa hänelle jaksollisen järjestelmän.

0:05:02.000,0:05:04.000
Joten valvoessani yöllä, kysyin mieheltäni:

0:05:04.000,0:05:07.000
"Miten annan presidentti Obamalle jaksollisen järjestelmän?"

0:05:07.000,0:05:09.000
"Mitä jos hän sanoo: 'Minulla on jo sellainen',"

0:05:09.000,0:05:11.000
"tai 'Muistan sen ulkoa'?"

0:05:11.000,0:05:13.000
Joten hän tuli labraani

0:05:13.000,0:05:15.000
ja katseli ympärilleen -- se oli hieno vierailu.

0:05:15.000,0:05:17.000
Sen jälkeen sanoin:

0:05:17.000,0:05:19.000
"Sir, haluan antaa teille jaksollisen järjestelmän"

0:05:19.000,0:05:23.000
"siltä varalta, että teidän tarvitsee laskea molekyylipaino."

0:05:23.000,0:05:25.000
Arvelin, että molekyylipaino kuulostaa vähemmän nörtiltä

0:05:25.000,0:05:27.000
kuin moolimassa.

0:05:27.000,0:05:29.000
Joten hän katsoi sitä

0:05:29.000,0:05:31.000
ja sanoi:

0:05:31.000,0:05:33.000
"Kiitos. Aion katsoa sitä jaksollisesti."

0:05:33.000,0:05:35.000
(Naurua)

0:05:35.000,0:05:39.000
(Aplodeja)

0:05:39.000,0:05:42.000
Myöhemmin pitäessään luentoa puhtaasta energiasta

0:05:42.000,0:05:44.000
hän otti sen esille ja sanoi:

0:05:44.000,0:05:46.000
"Ihmiset MIT:ssä antavat jaksollisia järjestelmiä."

0:05:46.000,0:05:49.000
En kertonut teille,

0:05:49.000,0:05:52.000
että 500 miljoonaa vuotta sitten, organismit alkoivat tehdä materiaaleja,

0:05:52.000,0:05:54.000
mutta niiltä meni 50 miljoonaa vuotta kehittyä hyviksi siinä.

0:05:54.000,0:05:56.000
Niiltä kesti 50 miljoonaa vuotta

0:05:56.000,0:05:58.000
kehittyä täydellisiksi punamerikorvan kuoren tekemisessä.

0:05:58.000,0:06:00.000
Sitä on hankala myydä tohtoriopiskelijalle.

0:06:00.000,0:06:03.000
"Minulla on tämä hieno projekti -- 50 miljoonaa vuotta."

0:06:03.000,0:06:05.000
Joten meidän piti keksiä tapa

0:06:05.000,0:06:07.000
tehdä se nopeammin.

0:06:07.000,0:06:09.000
Joten käytämme vaaratonta virusta

0:06:09.000,0:06:11.000
nimeltä M13 bakteerifaagi,

0:06:11.000,0:06:13.000
jonka tehtävä on infektoida bakteereja.

0:06:13.000,0:06:15.000
Sillä on yksinkertainen DNA-rakenne,

0:06:15.000,0:06:17.000
josta voi leikata ja johon voi liittää

0:06:17.000,0:06:19.000
DNA-sekvenssejä.

0:06:19.000,0:06:21.000
Sillä tavoin virus voi

0:06:21.000,0:06:24.000
ilmaista satunnaisia proteiinisekvenssejä.

0:06:24.000,0:06:26.000
Tämä on melko helppoa bioteknologiaa.

0:06:26.000,0:06:28.000
Tämän voi tehdä oleellisesti miljardi kertaa.

0:06:28.000,0:06:30.000
Joten voi saada miljardi eri virusta,

0:06:30.000,0:06:32.000
jotka ovat geneettisesti identtisiä,

0:06:32.000,0:06:34.000
mutta ne eroavat yhden sekvenssin

0:06:34.000,0:06:36.000
kärkien verran,

0:06:36.000,0:06:38.000
ja se koodaa yhden proteiinin.

0:06:38.000,0:06:40.000
Jos ottaa miljardi virusta

0:06:40.000,0:06:42.000
ja laittaa ne yhdeen nestepisaraan,

0:06:42.000,0:06:45.000
ne voi pakottaa vuorovaikuttamaan minkä tahansa alkuaineen kanssa.

0:06:45.000,0:06:47.000
Evoluution valitsemana

0:06:47.000,0:06:50.000
yksi noista miljardista tekee sen, mitä sen halutaan tekevän,

0:06:50.000,0:06:52.000
kuten kasvattavan akun tai aurinkokennon.

0:06:52.000,0:06:55.000
Virukset eivät voi monistaa itseään, ne tarvitsevat isännän.

0:06:55.000,0:06:57.000
Kun löytää sen yhden miljardista,

0:06:57.000,0:06:59.000
sillä infektoidaan bakteeri,

0:06:59.000,0:07:01.000
ja tehdään miljoonia ja miljardeja kopioita

0:07:01.000,0:07:03.000
siitä tietystä sekvenssistä.

0:07:03.000,0:07:05.000
Toinen asia, mikä on kaunista biologiassa,

0:07:05.000,0:07:07.000
on se, että biologia antaa hienoja rakenteita,

0:07:07.000,0:07:09.000
mukavissa mittakaavoissa.

0:07:09.000,0:07:11.000
Nämä virukset ovat pitkiä ja kapeita,

0:07:11.000,0:07:13.000
saamme ne ilmentämään kykyä

0:07:13.000,0:07:15.000
kasvattaa jotain, kuten puolijohteita

0:07:15.000,0:07:17.000
tai materiaaleja akkuihin.

0:07:17.000,0:07:20.000
Tämä on tehokas akku, jonka kasvatimme labrassani.

0:07:20.000,0:07:23.000
Teimme viruksen, joka poimii hiilinanoputkia.

0:07:23.000,0:07:25.000
Yksi osa viruksesta ottaa hiilinanoputken.

0:07:25.000,0:07:27.000
Toisessa osassa virusta on sekvenssi,

0:07:27.000,0:07:30.000
joka kasvattaa materiaalia elektrodiksi akulle.

0:07:30.000,0:07:33.000
Sitten se yhdistää itsensä virtakollektorille.

0:07:33.000,0:07:35.000
Valitsevan evoluution avulla

0:07:35.000,0:07:38.000
me edistyimme viruksesta, joka teki kehnon akun,

0:07:38.000,0:07:40.000
virukseen, joka teki hyvän akun,

0:07:40.000,0:07:43.000
virukseen, joka teki ennätykset rikkovan todella tehokkaan akun,

0:07:43.000,0:07:46.000
joka on tehty täysin huoneen lämpötilassa, periaatteessa työpöydällä.

0:07:46.000,0:07:49.000
Se akku meni Valkoiseen taloon lehdistökonferenssiin.

0:07:49.000,0:07:51.000
Toin sen tänne.

0:07:51.000,0:07:54.000
Näette sen tässä -- se antaa virtaa tälle ledille.

0:07:54.000,0:07:56.000
Jos voimme tehdä tätä isommassa mittakaavassa,

0:07:56.000,0:07:58.000
sitä voisi käyttää

0:07:58.000,0:08:00.000
[Toyota] Priuksessa --

0:08:00.000,0:08:03.000
unelmani on ajaa autoa virusvoimalla.

0:08:04.000,0:08:06.000
Mutta oleellisesti --

0:08:06.000,0:08:09.000
voi vetää ulos yhden miljardista.

0:08:09.000,0:08:11.000
Sitä voi vahvistaa.

0:08:11.000,0:08:13.000
Laboratoriossa sitä vahvistetaan.

0:08:13.000,0:08:15.000
Sitten se saadaan itsejärjestäytymään

0:08:15.000,0:08:17.000
rakenteeksi -- kuten akuksi.

0:08:17.000,0:08:19.000
Voimme tehdä tämän myös katalyysillä.

0:08:19.000,0:08:21.000
Tässä on esimerkki

0:08:21.000,0:08:23.000
fotokatalyyttisestä veden hajottamisesta.

0:08:23.000,0:08:25.000
Olemme onnistuneet

0:08:25.000,0:08:28.000
tekemään viruksen, ja ottaa väriaineita absorboivia molekyylejä,

0:08:28.000,0:08:30.000
jotka järjestäytyvät viruksen pinnalle

0:08:30.000,0:08:32.000
toimien antennina,

0:08:32.000,0:08:34.000
ja saadaan energian siirto viruksen läpi.

0:08:34.000,0:08:36.000
Sitten sille annetaan toinen geeni

0:08:36.000,0:08:38.000
rakentamaan epäorgaanista materiaalia,

0:08:38.000,0:08:40.000
jota voidaan käyttää veden hajottamiseen

0:08:40.000,0:08:42.000
hapeksi ja vedyksi,

0:08:42.000,0:08:44.000
joita voidaan käyttää puhtaina polttoaineina.

0:08:44.000,0:08:46.000
Toin mukanani esimerkin.

0:08:46.000,0:08:48.000
Opiskelijani lupasivat, että tämä toimisi.

0:08:48.000,0:08:50.000
Nämä ovat viruksen järjestämiä nanokaapeleita.

0:08:50.000,0:08:53.000
Kun sen valaisee, se kuplii.

0:08:53.000,0:08:56.000
Tässä tapauksessa näette happikuplien tulevan ulos.

0:08:57.000,0:09:00.000
Oleellisesti geenejä kontrolloiden

0:09:00.000,0:09:03.000
voi kontrolloida monia materiaaleja parantaakseen laitteiden suoritustasoa.

0:09:03.000,0:09:05.000
Viimeinen esimerkki ovat aurinkokennot.

0:09:05.000,0:09:07.000
Tämän voi tehdä myös aurinkokennoilla.

0:09:07.000,0:09:09.000
Olemme onnistuneet tekemään viruksia,

0:09:09.000,0:09:11.000
jotka ottavat hiilinanoputkia

0:09:11.000,0:09:15.000
ja kasvattavat titaanidioksidia niiden ympärille --

0:09:15.000,0:09:19.000
ja siten elektronit pääsevät laitteen läpi.

0:09:19.000,0:09:21.000
Löysimme, että geneettisellä muokkauksella

0:09:21.000,0:09:23.000
voimme itse asiassa lisätä

0:09:23.000,0:09:26.000
näiden aurinkokennojen tehokkuuksia

0:09:26.000,0:09:28.000
ennätyslukemiin

0:09:28.000,0:09:31.000
tämän tyyppisille väriainepohjaisille systeemeille.

0:09:31.000,0:09:33.000
Toin myös yhden noista,

0:09:33.000,0:09:36.000
ja voitte leikkiä sillä myöhemmin --

0:09:36.000,0:09:38.000
tämä on viruspohjainen aurinkokenno.

0:09:38.000,0:09:40.000
Evoluution ja valinnan kautta

0:09:40.000,0:09:43.000
saimme kahdeksan prosentin tehoisesta aurinkokennosta

0:09:43.000,0:09:46.000
11 prosentin tehoisen aurinkokennon.

0:09:46.000,0:09:48.000
Toivoakseni olen vakuuttanut teidät siitä,

0:09:48.000,0:09:51.000
että on paljon hienoja, mielenkiintoisia asioita opittavana

0:09:51.000,0:09:53.000
luonnon tavoista tehdä materiaaleja --

0:09:53.000,0:09:55.000
ja viedä sen seuraavalle tasolle

0:09:55.000,0:09:57.000
nähdäkseen voiko sitä pakottaa,

0:09:57.000,0:09:59.000
tai jotenkin hyödyntää luontoa

0:09:59.000,0:10:02.000
tekemään asioita, joista se ei vielä unelmoinut.

0:10:02.000,0:10:04.000
Kiitos.