How we're harnessing nature's hidden superpowers | Oded Shoseyov

Translator: Zaniar Sahami Reviewer: hassan qodusi

Two hundred years of modern science.

دویست سال از عمر علوم مدرن می‌گذره.

We have to admit

باید قبول کنیم

that our performance is not great.

که کارایی‌مون قابل قبول نبوده.

The machines we build continue to suffer from mechanical failures.

ماشین‌آلاتی که می‌سازیم کماکان مشکلات مکانیکی دارن.

The houses we build do not survive severe earthquakes.

خونه‌هامون نمی‌تونن زلزله‌های شدید رو تحمل کنن.

But we shouldn't be so critical of our scientists for a simple reason:

ولی به یک دلیل، نمی‌شه دانشمندهامون رو انقدر سخت‌گیرانه نقد کرد:

they didn't have much time.

چون زمان کافی نداشتن.

دویست سال درمقایسه با طبیعت که سه میلیارد سال برای ساختنِ

Two hundred years is not a lot of time,

while nature had three billion years

خارق‌العاده‌ترین ساختارهای موجود که ما

to perfect some of the most amazing materials,

آرزوی در تملک داشتن‌شون رو داریم فرصت داشته٬

that we wish we had in our possession.

زمان زیادی نیست.

Remember, these materials carry a quality assurance

به خاطر داشته باشید که این ساختارها،

of three billion years.

سه میلیارد سال ضمانت کیفیت به همراه دارن.

Take, for example, sequoia trees.

برای مثال، درخت‌های سکویا

They carry hundreds of tons for hundreds of years

صدها تن وزن رو به مدت صدها سال حمل می‌کنن

in cold weather, in warm climates,

در هوای سرد، در شرایط گرم

UV light.

اشعه ماورابنفش.

Yet, if you look at the structure by high-resolution electron microscopy,

با این اوصاف اگه با میکروسکوپ‌های الکترونی و وضوح بالا به ساختار درخت نگاه کنید

and you ask yourself, what is it made of,

و از خودتون بپرسید که از چی ساخته شده

surprisingly, it's made of sugar.

در کمال تعجب متوجه می‌شید که از شکر درست شده.

Well, not exactly as we drink in our tea.

خب البته نه از اون شکری که ما با چایی‌مون می‌خوریم

It's actually a nanofiber called nanocrystalline cellulose.

در واقع نوعی نانوفیبره به اسم سلولزِ نانوکریستالی.

And this nanocrystalline cellulose is so strong, on a weight basis,

و این سلولز نانوکریستالی، از منظر وزنی

it's about 10 times stronger than steel.

۱۰ برابر از فلز قوی‌تره.

Yet it's made of sugar.

و هنوز هم از شکر تشکیل شده.

So scientists all over the world believe that nanocellulose

همه دانشمندهای جهان بر این باوراند که نانوسلولز

is going to be one of the most important materials for the entire industry.

به زودی به مهم‌ترین عنصر موجود در کل صنایع جهان تبدیل می‌شه.

But here's the problem:

ولی یه مشکلی این‌جا هست:

say you want to buy a half a ton of nanocellulose

فرض کنید که می‌خواید برای ساختن یه قایق یا هواپیما

to build a boat or an airplane.

نیم تن نانوسلولز بخرید.

Well, you can Google, you can eBay, you can even Alibaba.

خب، می‌تونید از گوگل، ئی‌بِی یا حتی علی‌بابا اقدام کنید.

You won't find it.

ولی نمی‌تونید پیدا کنید.

Of course, you're going to find thousands of scientific papers --

البته به هزاران مقاله و نوشته‌ی علمی ارزشمند برمی‌خورید که

great papers, where scientists are going to say this is a great material,

در اون‌ها دانشمندها اذعان کردن که این ماده‌ی خارق‌العاده‌ایه

there are lots of things we can do with it.

و کاربردهای زیادی داره.

But no commercial source.

ولی هیچ کاربرد تجاری نمی‌بینید.

So we at the Hebrew University, together with our partners in Sweden,

به همین دلیل، ما در دانشگاه عبرانی و به همراه همکارانمون در سوئد

decided to focus on the development of an industrial-scale process

تصمیم به ساخت و توسعه این نانوسلولز

to produce this nanocellulose.

در مقیاس صنعتی گرفتیم.

And, of course, we didn't want to cut trees.

و صد البته نمی‌خواستیم هیچ درختی قطع بشه.

So we were looking for another source

پس برای پیدا کردن ماده‌ی خام

of raw material,

دنبال یه منبع دیگه گشتیم

and we found one -- in fact, the sludge of the paper industry.

ویکی هم پیدا کردیم - که در واقع ضایعات صنعت کاغذسازی بود.

The reason: there is a lot of it.

دلیل: چون به وفور پیدا می‌شه.

Europe alone produces 11 million tons

اروپا به تنهایی و هر ساله ۱۱ میلیون تن

of that material annually.

از این ماده رو تولید می‌کنه.

It's the equivalent of a mountain three kilometers high,

این مقدار، برابر با یه کوه به ارتفاع سه کیلومتر و عرضی برابر

sitting on a soccer field.

با یه زمین فوتباله.

And we produce this mountain every year.

و ما هر سال این کوه رو تولید می‌کنیم.

So for everybody, it's an environmental problem,

با این تفاسیر، این مسئله برای همه یه مشکل زیست‌محیطی

and for us, it's a gold mine.

و برای ما یه معدن طلاست.

So now, we are actually producing, on an industrial scale in Israel,

درحال‌حاضر ما در اسرائیل مشغول تولید نانوسلولزدر مقیاس صنعتی هستیم

nanocellulose, and very soon, in Sweden.

و به‌زودی در سوئد هم دست‌به‌کار می‌شیم.

We can do a lot of things with the material.

کاربردای زیادی برای این ماده می‌شه پیدا کرد.

For example,

برای مثال،

we have shown that by adding only a small percent of nanocellulose

ما تونستیم نشون بدیم که اضافه کردن فقط درصد کمی از نانوسلولز

into cotton fibers, the same as my shirt is made of,

به الیاف کتان - همین الیافی که لباس من ازش درست شده -

it increases its strength dramatically.

استحکامش رو به‌طرزِ چشم‌گیری بالا می‌بره.

So this can be used for making amazing things,

پس می‌بینیم که می‌شه کارای جالبی با این ماده انجام داد،

like super-fabrics for industrial and medical applications.

مثل ساخت ابر-رشته‌هایی که کاربرد صنعتی یا پزشکی دارن.

But this is not the only thing.

ولی همه‌اش همین نیست.

For example, self-standing, self-supporting structures,

برای مثال، سازه‌های خود-اتکا و بدون نیاز به پشتیبانی

like the shelters that you can see now,

مثل پناه‌گاه‌هایی که الآن می‌بینید،

actually are now showcasing in the Venice Biennale for Architecture.

همین حالا در نمایشگاه دوسالانه‌‌ی معماری ونیز به نمایش گذاشته شدن.

Nature actually didn't stop its wonders

شگفتی‌های طبیعت در قلمرو گیاهان

in the plant kingdom.

کماکان ادامه داره.

Think about insects.

به حشره‌ها فکر کنید

Cat fleas, for example,

برای نمونه، ککِ گربه‌ها

have the ability to jump about a hundred times their height.

می‌تونن تقریباً صد برابر ارتفاع خودشون بپرن.

That's amazing.

این خارق‌العاده است.

It's the equivalent of a person

این یعنی یه آدم

standing in the middle of Liberty Island in New York,

وسط جزیره آزادی در نیویورک بایسته

and in a single jump,

و با یه پرش

going to the top of the Statue of Liberty.

برسه به نوک مجسمه آزادی

I'm sure everybody would like to do that.

مطمئنم همه می‌خوان این قابلیت‌رو داشته باشن.

So the question is:

پرسش اینه که:

How do cat fleas do it?

کک‌ها چطور این کار رو انجام می‌دن؟

It turns out, they make this wonderful material,

اونا ماده‌ای شگفت‌انگیز تولید می‌کنن

which is called resilin.

به اسم رزیلین.

In simple words, resilin, which is a protein,

رزیلین که یه نوع پروتئین محسوب می‌شه

is the most elastic rubber on Earth.

ارتجاعی‌ترین لاستیک موجود در جهانه.

You can stretch it,

هر قدرهم که کش بیاد

you can squish it,

یا تحت فشار قرار داده بشه

and it doesn't lose almost any energy to the environment.

تقریباً هیچ انرژی‌ای هدر نمی‌ده.

When you release it -- snap!

و وقتی رها بشه

It brings back all the energy.

تمام انرژی رو رها می‌کنه.

So I'm sure everybody would like to have that material.

مطمئنم که هر کسی می‌خواد این ماده رو داشته باشه.

But here's the problem:

ولی یه مشکلی هست:

to catch cat fleas is difficult.

گرفتن کک‌ها کار سختیه.

(Laughter)

(خنده حاضرین)

Why? Because they are jumpy.

چرا؟ چون مدام می‌پرن.

(Laughter)

(خنده حاضرین)

But now, it's actually enough to catch one.

ولی در واقع گرفتن یکیشون کافیه.

Now we can extract its DNA

چون می‌تونیم دی‌ان‌ای اون رو استخراج کنیم

and read how cat fleas make the resilin,

و بفهمیم که کک‌ها چطور رزیلین تولید می‌کنن

and clone it into a less-jumpy organism like a plant.

و ازش موجودی رو درست کنیم که کم‌تر بپره مثل یه گیاه.

So that's exactly what we did.

این دقیقاً همون کاریه که ما کردیم.

Now we have the ability to produce lots of resilin.

حالا ما می‌تونیم مقادیر زیادی رزیلین تولید کنیم.

Well, my team decided to do something really cool at the university.

در واقع تیم من در دانشگاه تصمیم گرفتن یه کار باحال انجام بدن.

They decided to combine

اونا قوی‌ترین ماده

the strongest material produced by the plant kingdom

در قلمرو گیاهان رو با ارتجاعی‌ترین ماده

with the most elastic material produced by the insect kingdom --

در قلمرو حشره‌ها ترکیب کردن --

nanocellulose with resilin.

یعنی نانوسلولز با رزیلین.

And the result is amazing.

و نتیجه خارق‌العاده بود.

This material, in fact, is tough, elastic and transparent.

ماده‌ی به‌دست‌اومده محکم، ارتجاعی و شفّافه.

So there are lots of things that can be done with this material.

به همین دلیل، کارای زیادی می‌شه با این ماده انجام داد.

For example, next-generation sport shoes,

برای مثال، نسل آینده کفش‌های ورزشی،

so we can jump higher, run faster.

تا بتونیم بیش‌تر بپریم و سریع‌تر بدویم.

And even touch screens for computers and smartphones,

حتی صفحه‌های لمسی برای کامپیوترها و گوشی‌های هوشمند

that won't break.

که نمی‌شکنند.

Well, the problem is, we continue to implant

مشکل بعدی اینه که ما مدام در حال کاشتِ

synthetic implants in our body,

اعضای مصنوعی در بدنمون هستیم

which we glue and screw into our body.

که با چسب یا پیچ کاشت می‌شن.

And I'm going to say that this is not a good idea.

و اجازه بدید که بگم این کار درستی نیست.

Why? Because they fail.

چرا؟ چون کارشون رو درست انجام نمی‌دن.

This synthetic material fails,

این مواد قابل اطمینان نیستن

just like this plastic fork,

درست مثل این چنگالِ پلاستیکی که استحکامش

that is not strong enough for its performance.

به اندازه‌ای نیست که بتونه وظیفه‌اش رو انجام بده

But sometimes they are too strong,

ولی گاهی هم بیش از اندازه قوی‌اند

and therefore their mechanical properties do not really fit

و خصوصیات مکانیکیشون با بافت‌های مجاورشون

their surrounding tissues.

هم‌خوانی نداره.

But in fact, the reason is much more fundamental.

ولی در واقع، دلیلِ این مشکلات خیلی بنیادی‌تره

The reason is that in nature,

دلیلش اینه که در طبیعت

there is no one there

کسی نیست که

that actually takes my head and screws it onto my neck,

سر من رو به گردنم پیچ کنه

or takes my skin and glues it onto my body.

یا پوستم رو به بدنم بچسبونه.

In nature, everything is self-assembled.

در طبیعت همه چیز خودساخته است.

So every living cell,

بنابراین هر سلول زنده

whether coming from a plant, insect or human being,

چه سلول گیاهی باشه، چه جانوری و چه انسانی

یه دی‌ان‌ای داره که در اون، طرز ساخت بلوک‌های نانوبیولوژیکی نوشته شده.

has a DNA that encodes for nanobio building blocks.

Many times they are proteins.

اغلب، ساختار پروتئینی دارن.

Other times, they are enzymes that make other materials,

گاهاً هم مثل پلی‌ساکاریدها و اسیدهای چرب آنزیم‌هایی هستن

like polysaccharides, fatty acids.

که مواد دیگه رو شکل می‌دن.

And the common feature about all these materials

و خصوصیت مشترک همه این مواد اینه که

is that they need no one.

مستقل‌اند و به چیزی نیازی ندارن.

They recognize each other and self-assemble

این‌ها همدیگه رو می‌شناسن و به طور خودکار

into structures -- scaffolds on which cells are proliferating

ساختارهایی رو تشکیل می‌دن که در اون‌ها سلول‌ها تکثیر می‌شن

to give tissues.

و بافت‌ها رو تشکیل می‌دن.

They develop into organs, and together bring life.

بافت‌ها، اندام‌ها رو می‌سازن و همگی یه زندگی رو شکل می‌دن.

So we at the Hebrew University, about 10 years ago, decided to focus

ما تقریباً ۱۰ سال قبل در دانشگاه عبرانی تصمیم گرفتیم روی زیست‌ماده‌ای متمرکز بشیم

on probably the most important biomaterial for humans,

که شاید حیاتی‌ترین زیست‌ماده برای بشر باشه

which is collagen.

اسمش کُلاژِنه.

Why collagen?

چرا کلاژن؟

Because collagen accounts for about 25 percent of our dry weight.

چون کلاژن ۲۵درصد از وزن خشک ما رو تشکیل می‌ده.

We have nothing more than collagen, other than water, in our body.

صرف‌نظر از آب، ما چیزی بیش‌تر از کلاژن در بدنمون نداریم.

So I always like to say,

برای همین من همیشه می‌گم،

anyone who is in the replacement parts of human beings

هرکسی که در بخش تعویضِ اعضای بدن انسان کار می‌کنه

would like to have collagen.

دوست داره که کلاژن داشته باشه.

Admittedly, before we started our project,

مسلماً، قبل از شروع پروژه‌ی ما

there were already more than 1,000 medical implants

بیش‌تر از ۱٫۰۰۰ مورد کاشت پزشکی انجام شده بود

made of collagen.

که از کلاژن ساخته شده بودن.

You know, simple things like dermal fillers to reduce wrinkles,

موردهای ساده مثل کاشت‌های زیرپوستی برای کاهش چین و چروک

augment lips,

لب‌های تقویتی

and other, more sophisticated medical implants, like heart valves.

و بعضی موارد پیشرفته‌ی کاشت پزشکی مثل دریچه‌های قلبی.

So where is the problem?

پس مشکل کجاست؟

Well, the problem is the source.

مشکل، در واقع منبعه.

The source of all that collagen

منبع تمام این کلاژن‌ها

is actually coming from dead bodies:

برمی‌گرده به جسدها:

dead pigs, dead cows

خوک‌ها و گاو‌های مرده

and even human cadavers.

و حتی جنازه انسان‌ها.

So safety is a big issue.

پس سلامت، این‌جا یه مشکل بزرگه.

But it's not the only one.

ولی همه‌اش این نیست.

Also, the quality.

کیفیت هم هست.

Now here, I have a personal interest.

به شخصه علاقه خاصی به این مورد دارم.

This is my father, Zvi, in our winery in Israel.

این، پدر منه «زوی» توی کارخانه شراب‌سازیمون در اسرائیل.

A heart valve, very similar to the one that I showed you before,

هفت سال قبل، یه دریجه قلبی مثل اونی که نشونتون دادم

seven years ago, was implanted in his body.

توی بدنش کاشت شد.

Now, the scientific literature says that these heart valves start to fail

ادبیات علمی می‌گه که این دریچه‌های قلبی، ۱۰ سال بعد از کاشت

10 years after the operation.

از کار می‌افتن.

No wonder:

تعجبی نداره:

they are made from old, used tissues,

چون از بافت‌های کهنه و مستعمل ساخته شدن.

just like this wall made of bricks that is falling apart.

دقیقاً مثل این دیوار آجری که داره فرو می‌ریزه.

Yeah, of course, I can take those bricks and build a new wall.

بله، البته که می‌تونم آجرها رو بردارم و یه دیوار نو بسازم.

But it's not going to be the same.

ولی مثل دیوار اول نمی‌شه.

So the US Food and Drug Administration

بنابراین سازمان مدیریتِ غذا و داروی ایالات متحده

made a notice already in 2007,

سال ۲۰۰۷ طی بیانیه‌ای، از کمپانی‌ها

asking the companies to start to look for better alternatives.

درخواست کرد که جایگزین بهتری پیدا کنن.

So that's exactly what we did.

این دقیقاً همون کاریه که ما کردیم.

We decided to clone all the five human genes responsible

ما هر پنج ژن انسانی مسئول ساخت نوع ۱ کلاژن

for making type I collagen in humans

در بدن انسان رو

into a transgenic tobacco plant.

به گیاه تنباکوی تراریخته شده تبدیل کردیم.

So now, the plant has the ability to make human collagen brand new,

و حالا، گیاه قابلیت تولید کلاژنِ انسانی رو به صورت کاملاً تازه داره.

untouched.

ناب.

This is amazing.

این فوق‌العاده است.

Actually, it's happening now.

و در حال حاضر هم داره اتفاق می‌افته.

Today in Israel, we grow it in 25,000 square meters of greenhouses

امروز ما در سرتاسر اسرائیل و در زمین‌هایی به مساحت ۲۵٫۰۰۰ متر مربع

در حال کاشت گلخانه‌ای اون هستیم.

all over the country.

The farmers receive small plantlets of tobacco.

کشاورزها، نهال‌های کوچیک تنباکو رو دریافت می‌کنن.

It looks exactly like regular tobacco,

اون‌ها دقیقاً شبیه تنباکوی عادی هستن

except that they have five human genes.

با این تفاوت که حامل پنج ژن انسان بوده

They're responsible for making type I collagen.

و مسئول تولید نوع ۱ کلاژن هستن.

We grow them for about 50 to 70 days,

ما به مدت ۵۰ تا ۷۰ روز پرورششون می‌دیم

we harvest the leaves,

برگ‌هاش رو می‌چینیم،

and then the leaves are transported by cooling trucks to the factory.

و بعد برگ‌ها با کامیون حامل یخچال به کارخونه منتقل می‌شن.

There, the process of extracting the collagen starts.

اون‌جا پروسه استخراج کلاژن شروع می‌شه.

Now, if you ever made a pesto -- essentially, the same thing.

اگه تا حالا سُس پِستو درس کرده باشین -- اساسش همونه.

(Laughter)

(خنده حاضرین)

You crush the leaves, you get the juice that contains the collagen.

برگ‌ها رو له می‌کنین و عصاره‌ای که به‌دست می‌آد حاوی کلاژنه.

We concentrate the protein,

پروتئین رو تلغیظ می‌کنیم،

transfer the protein to clean rooms for the final purification,

برای خالص‌سازی به اتاق‌های پاک منتقل می‌کنیم

and the end result is a collagen identical to what we have in our body --

و نتیجه نهایی دقیقاً کلاژنیه که ما در بدنمون داریم --

untouched, brand new

ناب و تازه

and from which we make different medical implants:

و همون ماده‌ای که ازش ایمپلنت‌های پزشکی می‌سازیم:

bone void fillers, for example,

برای نمونه پرکننده‌های فضای بین استخوانی

for severe bone fractures, spinal fusion.

برای شکستگی‌های شدید یا حتی جدیداً جوش‌دادن مهره‌های ستون فقرات

And more recently, even,

حتی، اخیراً

we've been able to launch into the market here in Europe

ما تونستیم نوعی ژل روان رو به بازار اروپا وارد کنیم

a flowable gel that is used for diabetic foot ulcers,

که در درمان زخم پایِ دیابتی‌ها کاربرد داره

that is now approved for use in the clinic.

و حالا برای استفاده در مراکز درمانی تأیید شده.

This is not science fiction.

این یه داستان علمی تخیلی نیست.

This is happening now.

این کار همین‌حالا داره انجام می‌شه

We are using plants to make medical implants

ما داریم برای کاشت ایمپلنت‌های پزشکی

for replacement parts for human beings.

در بدن انسان، از گیاهان استفاده می‌کنیم.

In fact, more recently, we've been able to make collagen fibers

درواقع، اخیراً موفق شدیم الیاف کلاژنی بسازیم که

which are six times stronger than the Achilles tendon.

شش برابر از زردپی آشیل قوی‌تراند.

That's amazing.

این فوق‌العاده است.

Together with our partners from Ireland,

با کمک شرکامون در ایرلند

we thought about the next thing:

به قدم بعدیمون فکر کردیم:

adding resilin to those fibers.

اضافه کردن رزیلین به این الیاف.

By doing that,

با این کار

we've been able to make a superfiber

تونستیم اَبَر الیافی بسازیم

which is about 380 percent tougher,

که ۳۸۰درصد محکم‌تر

and 300 percent more elastic.

و ۳۰۰درصد ارتجاعی‌تر هستن.

So oddly enough, in the future,

با این حساب و درکمال تعجب، در آینده

when a patient is transplanted with artificial tendons or ligaments

خواهیم دید که وقتی یک بیمار، یک زردپی یا رباط پیوندی دریافت می‌کنه

made from these fibers,

که از این الیاف ساخته شدن

we'll have better performance after the surgery

وضعیت بعداز عملش بهتر از وضعیتی می‌شه

than we had before the injury.

که قبل از آسیب‌دیدگیش داشت.

So what's for the future?

پس در آینده چه اتفاقی می‌افته؟

In the future, we believe we'll be able to make

ما معتقدیم که می‌تونیم سازه‌هایی

many nanobio building blocks that nature provided for us --

نانوبیولوژیکی بسازیم که طبیعت به ما داده

collagen, nanocellulose, resilin and many more.

کلاژن، نانوسلولز، رزیلین و خیلی چیزای دیگه.

و با این توصیفات، قادر خواهیم بود ماشین‌هایی با کارائی بالاتری بسازیم.

And that will enable us to make better machines perform better,

even the heart.

حتی قلب.

Now, this heart is not going to be the same

و این قلب، مثل اونی نخواهد بود که

as we can get from a donor.

ما از یه نفر اهداکننده دریافت می‌کنیم.

It will be better.

بلکه بهتره.

It actually will perform better

کارائیش بالاتره

and will last longer.

و بیش‌تر عمر می‌کنه.

My friend Zion Suliman once told me

دوست من صهیون سلیمان یه بار

a smart sentence.

یه جمله هوشمندانه بهم گفت.

He said, "If you want a new idea,

گفت: "اگه یه ایده جدید می‌خوای

you should open an old book."

باید یه کتاب قدیمی رو باز کنی."

And I'm going to say that the book was written.

و من می‌خوام بگم که اون کتاب نوشته شده بود.

It was written over three billion years

طی سه میلیارد سال تکامل

of evolution.

نوشته شده.

And the text is the DNA of life.

و متنش، دی‌ان‌ایِ زندگیه.

All we have to do

همه کاری که باید بکنیم

is read this text,

اینه که این متن رو بخونیم

embrace nature's gift to us

هدیه طبیعت رو پذیرا باشیم

and start our progress from here.

و رشدمون رو از همین‌جا شروع کنیم.

Thank you.

ممنون.

(Applause)

(تشویق حاضرین)