産業革命が終わってから200年が経ち、人間は自分の活動の限界を惑星規模にまで押し上げ、世界に影響を与える変化を引き起こしました。 1972年には、世界の政治的、財政的、文化的、科学的エリートの代表者を結ぶ国際機関、クラブ・オブ・ローマは、人口増加、食料、天然資源および環境汚染の不均衡が必然的に地球規模につながると警告した。 大惨事。 新しい本が登場！著者によると、それは地球の表面から人類を消滅させるか、またはその数を大幅に減らすことができる、起こり得る破局のシナリオをより詳細に明らかにします。TASSとインフラ教育プログラム基金（Rosnano Group）の特別プロジェクトでは、5つの最も重要な問題を選択し、進歩の長所と短所をすべて示すことを試みました。楽観的なシナリオで人類の歴史を発展させることはまだ可能です - そしてナノテクノロジーは私達を助けてくれるでしょう、科学者は確信しています。主なものは、人類が知的に彼らの知識を処分するということです。 ジオエンジニアリング
惑星のチューニング
人類が宇宙を夢見ている限り、不可逆的な気候変動が地球上で起こっています。 地球を救いたいのなら、地球温暖化の問題について真剣に考え、その原因を取り除く必要があります。 確かに、間違いのコストが高すぎるので、これは細心の注意を払って行われるべきです。 ローマのクラブによって出版された本「カムオン！」の著者は、地球の気候の意図的な変化 - 地球工学 - のための方法の全体が人類の地球規模の危険の1つに帰します。
パリ協定（2020年以来大気中の二酸化炭素を削減するための国際条約規制措置 - TASSノート）によって設定された目標は実際には達成不可能である、と多くの科学者は信じています。協定で要求されているように、産業革命前の時代と比較して2°の温暖化を抑制するためには、2050年までに二酸化炭素排出量をゼロにする必要がある。しかしこれが起こり、文書に署名したすべての国が材料の生産と化石燃料の燃焼へのアプローチを完全に改訂することができるならば、危険なレベルを超える温度のために大気とCO2以上の温室効果ガスはすでに十分あります。したがって、1つの制限では十分ではなく、もっと根本的な対策が必要です。
小説小説からの地球工学は、徐々に地球環境アジェンダの一部になりつつあります。ワーキンググループが形成されつつあり、毎年このトピックに関する記事がますます増えています。まず、近年、科学者たちは温暖化プロセスを根本的な方法でしか止められないと信じる傾向が強まっています。大気から余分な二酸化炭素を除去する方法を見つけ、私たちの惑星から来る過剰な太陽光を反射できる技術を開発する必要があります。第二に、気候を以前の状態に戻すためのさまざまな方法の適用可能性について、多要素モデルを不正に使用できる計算方法が改善されています。
インフォグラフィック：地球工学。開始 しかし、ニューラルネットワークを使用して予測計算を行っても、気候変動の試みがどうなるかを推測することは不可能です。したがって、地球工学は、ある人々にとっては地球温暖化からの救いであり、他の人々にとっては地球上の生命の脅威である。
気候を変えるには多くの方法があるという事実にもかかわらず、それらは2つのカテゴリーに分けることができます：地球に来る日光の量の制御と過剰な二酸化炭素からの大気の浄化。
反射角
1991年にフィリピンのピナツボ火山が噴火した結果、1500万トンの二酸化硫黄が大気中に放出されました。 その結果、地球の気温は年間で半度下がりました。 この種の壊滅的な出来事（875人が死亡）にもかかわらず、科学者たちは地球規模で実験を観察することができ、数字で武装してその結果を評価することができました。
それは上層大気中の物質の拡散です - 地球に来る日光の量を減らす可能性の1つ。 小さな鏡のようなエアロゾルの粒子は、太陽光線の一部を反射するはずです。それは私たちの惑星を冷やすのに役立ちます。
しかしながら、この方法の単純さは、十分に研究されていない多くの結果を伴う。 スパッタされた硫黄化合物は、最終的にはより大きな層で固着し、熱の宇宙への反射を妨げ、温室効果を高めます。 さらに、惑星の熱と水のバランスが温度の低下の条件下でどのように振る舞うかについては知られていません。 考えられるシナリオの1つは、入ってくる日光が減少すると、海から蒸発する水の量が減少することです。 これは、作物に直接影響を与える降水量に影響を与える可能性があります。
光反射剤として硫酸塩を使用すると、硫酸の形で有毒な沈殿を引き起こす可能性があり、それがオゾン層を損傷する。 より環境に優しいアプローチは、ナノ粒子の使用です。 例えば、ダイヤモンドナノ粉末またはナノスケールアルミナ。 確かに、最後の化合物で土壌を汚染する危険があります。 この場合、科学者たちは、二酸化チタンを使用する方が良いと考えています。
日光を宇宙に戻すためのはるかに過激な方法はありません。 これには、屋根に光を反射する塗料（すでにたくさんのそのようなナノ層がある）を塗ること、またはアルベド値（表面の反射率を特徴付ける値 - TASSノート）を持つ材料で覆うこと、そして最も一般的な作物の遺伝子変換。
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CO₂リサイクル
地球温暖化の主な原因の1つは、大気中の温室効果ガス、とりわけ二酸化炭素の含有量の増加です。 したがって、地球工学の2番目の大きなセクションは、大気中の二酸化炭素の削減です。 最も簡単で明白な方法は、緑地の量を増やすこと、いわゆる植林です。 主な障害 - 人間の活動によりこの土地に適したエリアは絶えず減少しています。
しかし、あなたは土地だけでなく植物相を増やすことができます。 地球上の重要な酸素源は植物プランクトンです。 これらの生物の活動は、二酸化炭素の処理における主要な自然の要素の1つです。 しかし、あなたが意図的に繁殖メカニズムを開始することによって藻類を「餌にする」場合はどうなりますか？ そのようなアイデアの明らかな利点にもかかわらず、科学者たちは、海の生態系への根本的な侵入が食物連鎖全体に影響を与える可能性があることを恐れています。 どのように影響しますか？ まだ知られていません。
ミハイル・ユルキン
私はジオエンジニアリングを必要な手段と考えていません、さらに、それは使用するのが非常に高価で潜在的に危険です。しかし私の意見では、炭素回収貯留（CCS）や炭素回収・利用（CCU）技術は、地球工学に起因するものではありません。それ以外の場合は、これまでのところ誰にも見られないことですが、同じ方法で森林を分類する必要があります。
大気中のCO2から炭化水素燃料を製造する技術はすでに存在しています。これまでのところそれらは不完全であるが、それらは大気中のこのガスの濃度の増加を避けることを可能にする。太陽光を反射する方法としての地球工学、その後の廃棄や使用に伴う大気中のCO2の回収方法としてのCCSとCCUについて話す場合、私は2番目の方法が好ましいと考え、最初の方法は危険で非常に高価です。
ミハイル・ユルキン
例えば、バイオ炭の形で炭素を処理するために、自然の自然の可能性がすでに活発に利用されています。それは簡単です：バイオマスは大気中の二酸化炭素含有量を増やすことなく、無酸素環境で燃やされます、そして、結果として生じる石炭は地面に埋められて、肥料として使用されます。もちろん、いつの日か二酸化炭素が戻ってくるでしょう、しかしそれは百万年以上かかります。
大気から二酸化炭素を放出し、それを海底または地質学上の断層や空隙に送り込むことも提案されている。 しかし、これもまた、一時的な解決策です。遅かれ早かれ、再び大気中になるでしょう。
最も興味深いが、二酸化炭素を吸収するだけでなく二酸化炭素を処理することを可能にする労働集約的な方法。 特に彼らがこのプロセスとエネルギー生産を組み合わせているならば。 カーボンナノファイバー - 多くの産業で需要のある二酸化炭素を原料に変換するための実験室開発はすでにあります。 もう1つの方法では、Li-CO2電池を作成することができます。その動作には純粋な炭素の放出が伴います。 また、ピッツバーグ大学工学部の科学者は、二酸化炭素を貴重な化学原料であるメタノールに変換する方法を見つけました。 以前に提案されたすべての方法は、あまりにも高価でエネルギー集約的であったが、最近それらは、金属 - 有機配位ポリマーに基づくナノ構造触媒の使用を思い付いた。 それらの添加はこうして得られたメタノールのコストを下げる。
気候変動
家の中の悪天候
科学者たちは地球規模の気候変動について長い間警告してきました：地球の住民がハリケーン、洪水と干ばつに苦しむ将来の終末論的なシナリオは、すぐに現実になるかもしれません。 地球温暖化の影響は、それらが無視され続けるならば、地球を居住不可能にするかもしれません。
気候基準を守るための闘争における近年の最も重大な出来事は、地球上の温度上昇を防ぐための措置を規定したパリ協定となった。しかし、地球温暖化が人間の活動の結果であるのか、それとも地球がすでに遭遇した大規模な気候変動の変化の一部であるのかは依然として不明です。
しかし、大気中の二酸化炭素レベルの上昇、一般的な気温の上昇、および人類が近年遭遇しているあらゆる範囲の自然災害の相関関係を見逃すことは、ますます困難になっています。 人間の影響を考慮に入れた計算モデルによると、HarveyとFlorenceでハリケーンが発生する可能性、およびヨーロッパとロシアで異常な熱が10倍増加します。
地表の3/4
世界の海洋は、地球に入る熱の主要な蓄積源であり、重要な気候形成要因です。 気温の上昇は必然的に海の加熱につながり、それが今度は地球上の熱の再分配に影響を与えます。 多くの要因の影響にもかかわらず、温暖化は「極地増幅」（惑星の他の部分と比較して極域のより重要な加熱）に直接関係していると確実に言えます。 暖かい水は海流によって北向きに移動し、氷が溶け、氷の覆いがこれらの地域で減少します。 世界の海のレベルが上がり、沿岸地域の洪水の危険性が高まり、またこれらの変化は近年、世界のある地域ではより頻繁になっている干ばつや火災、そして他の地域では深刻な冬に反映されています。
事実は、多くの点で私たちの惑星の気候は極寒の高度のジェット気流（大気の下層の強い風の狭いゾーン - TASSノート）によって決定されます。 前面の両側の温度変化に非常に敏感です。 北極温暖化は温度勾配を低下させ、この高度の低下と南北方向の伸びをもたらします。 これらの変化は異常な干ばつや寒さを引き起こします。 さらなる温暖化はこれらの現象を強めるだけであり、多くの科学者は信じています、そして強力なハリケーンと津波は当たり前のことになることができます。
人間の活動による他の影響、つまり海洋の酸性化、酸性化も忘れてはいけません。大気中から海洋の水域に放出される二酸化炭素はpHを下げる、つまり水の酸性度が上がる。一見すると、変化はわずかです - 0.1 pH単位ですが、第一に、これは30％酸性度の増加に相当し、第二に、近年行われた多くの研究によれば、これは外部カルシウム骨格の形成を破壊するのに十分です。サンゴだけでなく、多くの甲殻類。
ウラジミール・シドロビッチ
パリ協定の目的を達成するためには、再生可能エネルギー源（RES）の使用が必要です。なぜなら、それらの特定の二酸化炭素排出量は従来のエネルギー源のそれよりもかなり低いからです。 国連での気候変動に関する政府間パネルの最新の報告書は、世界の電力生産における再生可能エネルギーの割合は2050年までに70-85％になるはずであると強調した。
同時に、電力業界で再生可能エネルギーに切り替えることは、パリ協定の実施にとって十分な条件ではありません。 また、エネルギーのより効率的な使用に加えて、輸送および熱事業からのCO₂排出量の削減にも大きく依存しています。 そして、炭素回収貯留（CCS）技術は様々な程度で必要とされるでしょう。 最近報告された国際再生可能エネルギー機関（IRENA）からの報告によると、これらの対策は90％以上のCO2排出量削減を提供するでしょう。
ウラジミール・シドロビッチ
情報分析センター所長「新エネルギー」
代替エネルギー
地球温暖化の影響を長い間列挙することは可能ですが、2050年までに産業活動に伴うCO2排出量を完全に中和するには、炭化水素燃料の放棄と代替エネルギー源への切り替えのプロセスを加速する必要があります。 結局のところ、炭化水素は依然として燃料の主要な種類であり、その燃焼は大量の「過剰な二酸化炭素」を放出します。
多くの国がすでにこの方向に取り組んでいます。10年前、風力と太陽エネルギーの利用は伝統的な資源よりもかなり高価でしたが、州はこの産業を発展させ始めました。国際再生可能エネルギー機関（IRENA）によると、2017年には、水力発電所を含む代替エネルギー源のシェアが、世界で使用される全電力の25％を占めていました。多くの国で代替エネルギーが最も重要な段階を過ぎています。風と太陽を使用して発電された電力の価格は、伝統的な供給源からの電力の価格と等しくなりました。
インフォグラフィック：総再生可能エネルギー容量
近年代替エネルギーがたどってきた道は、ナノテクノロジーを使わなければ実現できなかったでしょう。 その中には、直接光だけでなく拡散光でも機能することができ、効率を高めた太陽電池を得るための最新の方法がある。 大きなスイングブレードでより高いタワーの風力タービンを建設することを可能にする耐久性のある複合材料。 これらの革新はより安い技術をもたらしました。 今日では、大規模エネルギー会社が代替エネルギーに事業の方向を変えるだけでなく、風力タービンやソーラーパネルを装備した個々の家庭も分散型発電システムの一部になりつつあります。
人間のゲノムの編集
エッセンス操作 中国の生物学者He Jiankuiが2人の双子の女の子のゲノムを編集して、それらをHIVに免疫性にしたというニュースは、未来がすでに来ていることを証明しています。科学界のあいまいな反応と科学者が働いている病院が彼の実験を却下したという事実は再び医学倫理の規範と遺伝子工学的手法の適用性についての議論の波を引き起こした。 厳密な制御なしにゲノムを操作すると、遺伝性および遺伝性疾患を取り除くことができるだけでなく、望ましくない突然変異も引き起こす可能性があります。
遺伝子エディタ
彼はJiankuiがヒトリンパ球をカバーするタンパク質の一つをコードする遺伝子を改変した。 ウイルスが細胞に侵入したときに相互作用するのは、このタンパク質と一緒です。 それが存在しないと、HIVに対するヒトの免疫が引き起こされます。
そのような単純な生物にとって優雅でありながら複雑なシステムは、ゲノムを編集するためにそれを変更するように科学者を刺激した。まず、遺伝子を「固定する」ために置換を行う必要があるDNAセグメントに対応するRNA分子が合成されます。Cas9タンパク質はDNA鎖の目的の部分を見つけてそれを切断します。次に、DNA回収システムがあります。これはすべての細胞に存在します。実際には、損傷を受けた染色体のコピーが、損傷を受けた領域を再合成するためのサンプルとして使用されます。ヒト修飾法では、修正された遺伝子断片が酵素マトリックスとして提案されている。操作の結果として、細胞は「間違った」遺伝子を取り除き、そして健康になります。
今日、CRISPR / Cas9の研究は世界中の何百ものグループによって行われています。 そして、この方法は以前から知られているゲノム改変方法と比較して簡単であると考えられていますが、編集の正確さを保証することは難しいと科学者たちは考えています。
インフォグラフィック：遺伝子工学倫理の問題
しかし、ニュースの背景からわかるように、この効果的な方法を使用することの主な問題は、道徳的および倫理的な分野ほどには生物学的問題にはありません。 誰がどのようにそのような実験の実行を制御すべきか、実験が人々の参加で始まったこと、そしてそれを超える線が治癒するゲノムの変化を改良する人の創造に発展することを超えてどこにあるか？ これらは人間の遺伝子を編集する前に答える必要がある質問のほんの一部です。
一方では、恐れは正当化されます。ヒトゲノムとの制御されない干渉は予測不可能な結果を招く可能性があります。さらに、ＣＲＩＳＰＲ ／ Ｃａｓ９法は非常に単純であり、そしてその使用には分子生物学者の基本的な知識のみが必要とされる。しかし、その一方で、生まれ変わったときにプログラムされた特別な戦闘の資質を持った遺伝子組み換えの人々や兵士の軍の新しい種族の出現を待つのはほとんど価値がありません。行動の複雑なパターン、特定の疾患に対するあらゆる特性、または素因は、1つまたは10個の遺伝子でさえコードされていません。彼らははるかに多いです。さらに、その結果を達成するためには、すべての改変遺伝子の協調作業が必要であり、そして別々の調節遺伝子がこれを担う。したがって、人間の機能を改善するためにどのように、そしてどこであなたが変える必要があるかを理解するために
もちろん、特定の遺伝子の突然変異によって引き起こされる遺伝病はすでにあります。そのような疾患は、新しい方法による治療のための最初の候補になるでしょう。
コンスタンティン・セヴェリノフ
おそらくそれは人々の負の突然変異の蓄積の問題を解決するのに役立ちますゲノム編集技術です。 医学の発展、抗生物質の出現、ワクチン、体外受精の発見など、自然淘汰のメカニズムは人類に大きな影響を与えません。 特定の突然変異閾値に達すると、私たちは種として、子孫の生存能力の喪失という非常に深刻な問題に直面するでしょう。 現時点でゲノムを編集することがこれを回避する唯一の手順です。 これは超人を作ることではなく、生命と両立しない深刻な遺伝病を予防しようとすることです。 もちろん、これには編集手順のメカニズムを磨く必要があります。まだやるべきことはたくさんあります。
そのような方法の使用を制限すべきですか？ それはすべて目標次第です。 あなたがそのすべての魅力を持って過去に戻りたいのなら、はい、あなたは必要です。 今日、細菌、植物、真菌および動物の遺伝子改変は、私たちが私たちの存在に必要な産物、すなわち食物、薬などを得ることを可能にしています。 それらは実験の重要性に基づいて答えられるべきです。 潜在的な利益はどうなりますか？ それとも、私たちが実験をあきらめたら、どんな損失が私たちを待っているのでしょうか？
コンスタンティン・セヴェリノフ
スコルコヴォ科学技術大学院教授およびラトガース大学教授（ニュージャージー、アメリカ）
CRISPR / Cas9技術は関連分野で役立つことがあります。 例えば、それは従来の薬とは異なり、全身に害を及ぼさないナノ薬理学で使用することができます。 薬物は罹患臓器または組織に直接送達される。 ナノコンテナー（最も頻繁にはその役割においてリポソーム）の使用は、真に標的化された送達を可能にする。
もう一つの傾向は個別化医療です。治療法は、患者の特性および特定の疾患に対する患者の感受性に応じて、DNA塩基配列決定の結果によって確立された個々に選択されます。遺伝子工学の最新の方法は両方のアプローチを組み合わせ、そして特定の突然変異に関するデータに基づいてそれを取り除くことを可能にする。
ゲノム修飾に関する声明の数日後、彼は香港での会議で講演しました。彼は彼自身が研究に資金を供給したこと、そして他の何人かの女性は妊娠の異なる段階にあり、その胚も遺伝子修飾を受けたと言った。それに応じて、中国当局はこのトピックに関するすべての調査を禁止し、調査を開始しました。メディアの報道によれば、科学者自身は公にされることをやめ、そして彼の居場所は不明である。
科学者の行動の正当性の問題は未解決のままであるが、彼Jiankui自身は彼が正しいと確信している：それでもエイズとの戦いのための効果的な治療法はなく、彼の実験は人類にチャンスを与えることができる。またはそれを永遠に変えなさい。
合成生物学
ライフ2.0
工業規模で燃料と薬を生産するバクテリア。 病気を検出し、それを治療することができる「手動」ウイルス。 有毒物質のナノ量に敏感なセンサー - 合成生物学における新しい方向性はこれらの驚異を可能にします。 100年前、この科学の前身である合成化学のおかげで、人類は新しい材料を受け取っただけでなく、何百万もの命を奪った有毒な化学物質や爆発物で危険な実験を始めました。 それで彼らが生きている生物学的構造の合成に従事している実験室では、役に立つと致命的な微生物の両方が取り除かれることができます。
合成生物学の課題は、既存の生物学的システムの改良と新しい生物学的システムの創出です。この傾向は分子生物学および遺伝子工学の進歩から生じた。遺伝学者Craig Venterは、その中でも有数の科学者の一人と考えられています - 1990年代後半、彼はHuman Genomeプロジェクトと並行して独自の研究を行い、独自にデコードされたDNAを研究しました。2010年に、彼の指導の下で科学者のグループは最初の人工細菌Mycoplasma laboratorium JCVI-syn1.0またはシンシア - 修正Mycoplasma mycoidesを作成しました。6年後、ベンターはシンシアのDNAのサイズを半分に減らして473遺伝子にし、可能な限り最小のゲノムを持つ生物を作りました。では、なぜこれがすべて必要なのでしょうか。
生活工場 最小限のゲノムを持つ細胞は、あなたが自然から発見されたほとんどすべての機能ブロックを結合することができるフレームワークです。微生物自身のゲノムは、個々のタンパク質の遺伝子または酵素系全体によって拡大されています。 ほとんどの場合、細胞は必要な物質（薬品やポリマーの原料）を生産するために生物学的工場に変換されます。 このアプローチは、合成スパイダーシルクを製造する日本の新興企業Spiberによって使用されています - 素材は鋼鉄より何百倍も強いです。 クモの巣を構成するタンパク質であるフィブロイン遺伝子は微生物にクローン化され、それらは大量にそれを生産します。 その後、タンパク質が単離され、それから超耐久性フィラメントが製造され、その個々の繊維はナノレベルで接続されている。
もう1つの例は、カリフォルニア州の会社Genencorです。彼女の研究室はイソプレンを生産するためにバクテリアを修正しました。イソプレンはゴムが作られる原料です。ナイロンの合成における試薬の一つであるアジピン酸も同様にして調製される。しかし、おそらく合成生物学に由来する最も有名な物質はアルテミシニン、マラリアの治療薬でした。アルテミシニンはよもぎから分離されており、これはかなり高価で時間のかかるプロセスです。この植物の収量に頼るのをやめるために、科学者たちは別の重要な薬の供給源を探し始めました。そしてここで合成生物学が助けになりました：研究者は遺伝子組み換え酵母から必要な物質を得る方法を学びました。
大人用コンストラクタ
合成生物学は応用分野です：エンジニアが利用可能なコンポーネントを使用して新しいメカニズムを作成するとき、合成生物学者は特定の目標を達成するために標準的な有機ブロックを使用しようとします。 したがって、合成生物学の原則の1つは標準化であり、これは研究の効率を高め、それらの行動のための時間を節約するのに役立ちます。 今日では、ある種のデータ、すなわちDNA配列、生物学的モデル、遺伝情報のデータ転送についての標準があります。 しかし、他のパラメータはまだ標準化されていません。例えば、細菌株の操作条件：環境、増殖速度など。
インフォグラフィック：合成生物学
多くの研究者の作品が、何千もの必要なDNA配列を集めたデータベースを作成しています。これは、エンジニアが何らかの生物学的メカニズムを作成するのに役立ちます。 標準的な生物学的部分の最も有名な図書館（標準的な生物学的部分の登録）。 今日では、そのような部品は2万点入手可能であり、それらの「バイオマシン」を集めるために毎年のiGEM（International Genetically Engineered Machine）コンペティションも開催されています。 人工細菌システムは、環境条件に応じて状態を切り替え、それに応じて特定のアクションを実行し、さらにそれらが存在する状態を記憶することもできます。 これにより、環境中の有害物質を検出するための生物学的ナノセンサーを作成することができます。 もう少し、そして本当のナノロボットが利用可能になるでしょう - 合成ウイルス、
ドミトリー・シャルコフ 生物科学博士、SAEの科学ディレクター「合成生物学」
短期的には、農業に関連する合成生物学の分野とバイオテクノロジーが発展するでしょう。 もちろん、公衆は医療の発展にもっと関心があります。 集中的な作業が行われていますが、医学の分野における合成生物学の発展には、多くの複雑な倫理的および規制的問題の解決が必要です。
スマートフォンからの信号でインシュリンを生成して血中に放出する細胞を作ることは現実的です。2017年に彼らはそのような細胞のプロトタイプの作成について報告しました。しかし彼らの助けを借りて糖尿病治療の前には何年もかかります。しかし、GMOの恐れが科学の利用を遅らせることができるとしても、ワクチンで卵を運ぶ鶏、または日光をより効率的に吸収する植物という非常に現実的な成果にはあまり抵抗がありません。
合成生物学は、人工知能などの最先端技術よりも危険なものではありません。危険なのはテクノロジーそれ自体ではなく、人々です。合成生物学による人類への真の新たな脅威は、大量破壊兵器の「伝統的な」脅威と比較しても増加しないでしょう。悪意のあるテクノロジの適用について話したら、既存の制御システムで十分です。「良い」有機体が制御不能になり、地球上の生命を台無しにした状況は、ほとんどあり得ません。合成生物学によって生み出された有機体はどの天然よりもよく研究されており、実験者はそれらから期待できることを完全によく知っています。
ドミトリー・シャルコフ
生物科学博士、SAEの科学ディレクター「合成生物学」
注意、危険です！ 合成生物学における発展のほとんどは、二重使用技術として分類することができる。言い換えれば、それらは民間目的だけでなく軍事目的にも使用することができます。 実験室で単純なウイルスと病原菌のゲノムを再現して改変することはそれほど難しくありません。 すべての既存の抗生物質に耐性のある致命的な危険な株が意図的に作成されないという保証はありません。 そのような微生物の出現の事例はすでに記録されています。 そのような微生物が改良されれば、本当に致命的な武器の作成を待つことができます。
クレイグ・ベンターがシンシアを合成したとき、彼は彼女のゲノムの中のジェームズ・ジョイスのフレーズを「復活祭の卵」の1つとしてコード化しました：「生きる、誤って落下する、征服し、人生から人生を再現する」。科学者は、人類が気づくことを望んでいました：私たちの手の中には前例のない力の道具でした。そして、避けられない間違いにもかかわらず、彼はそれを生命の破壊ではなく創造のために使うでしょう。
排気材料
最後までレース
過去100年間にわたり、人類は旧石器時代から20世紀までよりも多くの天然資源を使用してきました。 あなたは進歩のためにお金を払わなければなりません：ごく最近になって何十もの化学元素が生命のために必要でした、そして今日、技術の発達のおかげで、ほぼ全体の周期表。 天然資源は無限大ではありません。 新しい分野、再処理、そして現代の素材は私たちを避けられない不足から救うことができるでしょうか？
鉱物埋蔵量の枯渇は、環境に対する人間の影響に関連して、近年で最も議論されているトピックの1つです。石油とガスの埋蔵量の有限性を意識することで、人類はこの問題について真剣に考えるだけでなく、その解決策を模索し始めました。二酸化炭素排出量を削減する必要性と共に、これは代替エネルギーの急速な発展をもたらしました。しかしながら、他のミネラルがどれだけ私たちに十分であるかという問題は未解決のままです。
深く掘り下げる 専門家は2つのキャンプに分けられました。現在の消費率では、今後数年間で全リストの鉱物が壊滅的な状況に陥ると確信している人もいますし、10〜20年後には残りの鉱物もなくなるでしょう。 2番目の専門家グループは、リソースの終わりが来たら、今はそうではないと確信しています - 私たちは何百年もの歳月を持っています。 事実は、人類が比較的入手しやすい鉱物を抽出することを学んだということです。 大部分の自然の富は1キロメートル以上の深さにあります。そのような預金を開発している間は不利です。 しかし、技術の発展と需要の増加に伴い、人類はますます深く沈んでいき、地球の腸を探ることを余儀なくされるでしょう。 最も重要な鉱物の巨大な堆積物が海底にありますが、それらを開発することはまだ高価です。
燃焼して二酸化炭素になる炭化水素とは異なり、他のミネラルは取り返しのつかないほど消えません。 リサイクルおよびリサイクル技術を使用すると、それらを回収して技術プロセスで再実行することができます。 さまざまな金属の加工度は10％から50％までさまざまです。 例えば、スチールの35％はリサイクルされたスクラップから製造され、アルミニウムとほぼ同程度の割合で銅が使用されています。この数値は2倍の17％です。 多くのミネラルに対する需要の増加に対応するには、加工率を上げる必要があります。 これにより、二酸化炭素の排出量が削減されます。これは、塩基性物質の抽出と製造が、エネルギーに次いで2番目のCO2源となるためです。
「現時点では、まだ何も決められていません。エネルギー消費が制限された合理的な未来と、材料使用のレベルの両方を想像することは困難ではありません。部品が多大な損失と無責任な消費につながり、生活水準の異なる人口の間の世界的なギャップを深め、生物圏の基本機能を弱める - 唯一のもの あらゆる文明のnimoeの基盤。
人的資源（過去2年間でその使用は称賛されています）と適応性（残念ながら、予想される危機を防ぐためではなく、発生した後）が遅かれ早かれ私たちを導いてくれることを祈りましょう。 しかし、この場合でも、人類による材料の使用の変化は、段階的で複雑なプロセスになるでしょう。その結果は私たちには知られていません。」
Vaclav Smil 、マニトバ大学、カナダの名誉教授
「 現代の世界を創造する 」という本からの抜粋 。 材料と非物質化 」
少ない方が良い
まず第一に、人類はリンの欠乏に直面するでしょう。 その主な消費者は農業であり、世界中で採掘されている全リンの80％以上が肥料に使われています。 需要は年々増加しており、この物質の世界の埋蔵量は今後80年間でなくなる可能性があります。 ナノテクノロジーは、リンの消費量を減らすのに役立ちます。 通常、植物は土壌から約42％の物質を吸収します。 亜鉛ナノ粒子を含有する組成物をマメ科植物の葉に噴霧すると、この元素の吸収に関与する多数の酵素の活性が増大することが見出された。 今日では、より少ない肥料を使用して、リンの消費量を減らすことができます。
ナノテクノロジーは重要なミネラルの消費を減らします。 単層カーボンナノチューブは、金属、プラスチックおよび複合材料の様々な物理化学的性質を改良するのに最小限の量で役立つ。 単位質量当たり０．１％の割合でアルミニウムにそれらを添加すると、アルミニウムおよび銅の引張強度が１００％増加する。 この発見のおかげで、生産のいくつかの分野での金属の必要性は半分になりました。
インフォグラフィック：材料や資源の枯渇
あいまいな選択肢 パリ協定で宣言された炭素排出量を削減するという目標は、代替エネルギー源の使用に切り替えるという1つの方法でしか達成できません。昨年、米国では、再生可能エネルギープロジェクトが新エネルギー複合施設の試運転の半分以上を占めました。 2017年のコスタリカでは、300日で風、太陽、水のエネルギーだけを使いました。 クリーンエネルギーの支持者の当面の計画は印象的です。2020年までに、中国は代替エネルギープロジェクトに3,600億ドルを費やす予定です。
しかし、これは環境に優しい解決策の支持者、太陽光および風力発電所の生産、受け取ったエネルギーのための電気輸送および貯蔵システムにとって莫大な量の天然資源および金属を必要とすることに驚くかもしれません。風力発電は鉛と希土類元素を多く消費します。電気輸送の発展は、他の元素である電池に使用されるリチウムの有用性に大きな影響を与えます。同じ目的で、コバルトとマンガンが必要です。需要が高まると、これまで未請求の品目の価値が高まりました。たとえば、2015年から2017年までのマンガンの価格はほぼ2倍になりました。銅、鉄、鉛、モリブデン、ニッケル、亜鉛など、太陽電池パネルに必要な鉱物の需要は、2050年までに300％増加する可能性があります。懐疑論者たちの予測が叶うかどうかにかかわらず、鉱物埋蔵量は遅かれ早かれ終了することは明らかです。この頃までに、人々が必要な化学元素を文字通り空気と水から抽出することを学ぶことを願っています。さらに、ファンタジーの領域からの宇宙マイニング - 小惑星、月や他の太陽系の惑星のためのマイニング - の話が私たちの現実となるでしょう。
惑星の問題
人類がそれ自身が生み出した脅威に耐えることができるかどうか、そしてナノテクノロジーがそれらを克服するのにどのように役立つか、我々はRosnano LLC、Sergei Kalyuzhnyの科学委員長の顧問、化学博士の教授から学びました。
Sergey Vladimirovich氏、テクノロジーと関連して人類へのどのような脅威があるのでしょうか。まず第一に、あなたはそれらを防ぐためにナノテクノロジーを利用できますか？ 私たちが半世紀の間地球上に存在する核の脅威を除外するならば、最初の人為的で同時に人工的な脅威は気候変動の脅威です。人類は地球上の平均気温を上昇させる責任があります。我々がすでに見ている影響：ハリケーン、台風、北極と南極の氷の緩やかな融解、いくつかの土地の砂漠化の頻度の増加。 これは私たちの国にも当てはまります。 一方では、中部車線の気候はやや改善していますが、他方では、非常に広い地域に位置する永久凍土帯が徐々に北に向かって移動しており、これがわが国にとって問題となる可能性があります。 私たちが感じる2つ目の技術的影響は環境汚染です。有毒物質を含むさまざまな物質が水圏と大気に入ります。
3番目の危険な要素 - 資源の枯渇 - は、経済の成長、鉱工業生産、農業および人口に関連しています。 以前、特に70年代に、ローマのクラブは石油資源の枯渇による危機について多くのことを言いました。 新しい分野が絶えず発見されているので、もちろん危機は起こりませんでした、しかし生産はますます高価になっています。
私が見ているもう一つの問題は、私たちが生物学的システム、特に私たちの有機体、ゲノムにかなり深く浸透しているということです。ゲノムを読むことはもはや問題ではありません、個人にとってそれはおよそ1000ドルかかります。私たちは聖なる聖を侵略しています。たとえば、CRISPR / Cas9など、ゲノムの編集を可能にする技術はかなりたくさんありますが、確かに、十分に効果的というわけではありません。良い点があります。たとえば、遺伝性疾患や遺伝性疾患を治療することができます。しかし遅かれ早かれそれは私達が人からスーパーマンを作る必要があるという考えの出現を誘発するでしょう、そしてこれがどんな影響をもたらすかもしれないかはあまり明確ではありません。
ナノテクノロジーとこれらの脅威を防ぐ上でのナノテクノロジーの役割に関しては、社会は温室効果ガスの排出量を削減するためにさまざまなツールを使用します。それらの主な源の一つは、化石燃料に基づいているエネルギーです。したがって、明らかな傾向は再生可能エネルギー源への移行です。ここで、ナノテクノロジーは、太陽光を電気に変換する太陽電池の構造においても、他の再生可能エネルギー源の開発においても不可欠です。これらすべての新しい分野の材料基盤はナノテクノロジーです。ローマのクラブによって出版された最新の本の1つに、人類が直面している脅威のリストがあります、そして地球工学、目標とされた気候変動のための方法のセットは、強調されます。あなたの意見では、これは本当の脅威なのでしょうか、それとも他の危険性を回避するための方法である可能性が高いですか - 気候温暖化？
どんな新しい技術にもプラス面とマイナス面があることは明らかです。内燃機関の発明により、運転手の職業は消え、馬の数は大幅に減少しました。一般的にそれは進歩的な現象でしたが、私たちは他のトランスポートに切り替えました - より速く、より強力です。
ローマクラブは人間の主な脅威を見ています。私たちが住んでいる時代が人類時代と呼ばれるのも不思議ではありません。200年前、人間の自然への影響は非常に限られていました。ローマのクラブのメンバーがそれを呼び出すように、我々は、 "空の世界"に住んでいました。現在、私たちは人為的活動が惑星の境界まで拡大した「完全な世界」にいます。事実、人類は地球という宇宙船を運転しています。したがって、地質構造の厳しい変化、地球の構造には細心の注意を払ってアプローチする必要があります。もう1つのことは、現時点では直接的な脅威はありません。これは、核以外にこれを実行できるテクノロジがないためです。高出力の核爆弾は地球の非常に重要な地質構造の変化が可能です。
運河、鉄道、港などの建設における私たちの活動でさえ、オランダのように海から土地を開拓することはまだかなり限られています。温室効果ガスの排出と闘うために、そこに二酸化炭素を圧送するために地球の構造にひび、洞窟、渓谷、窪みを使うことが提案されます。第一に、それはまだ高価であり、第二に、システムの観点からは、これによる大きな害はありません。他のものよりはるかに悪い - 例えば、宇宙船の軌道への打ち上げは、日光から地球を遮蔽するでしょう。幸い、私たちの社会はまだ技術的にこれを行うことができません。主に環境被害や天然資源の枯渇に関連して、最新の材料はこれらの脅威の予防にどのような役割を果たしますか
開発の初期段階から、人類は主に材料に注目してきました。これに基づいた歴史的な区分さえあります：石器時代、次に青銅器時代、そして鉄器時代など。新しい材料の探求と既存のものの置き換えは進行中です。特に、鋼はまだ主要な構造材料ですが、我々は複合材料の活発な出現を見ています。
目標は同じです。鋼鉄よりも強く、金属よりも強く、同時に使いやすく、簡単にリサイクルすることができ、創造に必要なエネルギーを少なくすることができます。鉄鉱石の枯渇はまだ私たちを脅かしていないという事実にもかかわらず、鉄鋼は徐々に新しい近代的な材料に置き換えられつつあります。20世紀には、それは主にアルミニウムによって抑制されましたが、現在はナノ材料を含むより近代的な材料が徐々にそれを置き換えています。 ゲノムへの介入に関連する一般化されたリスクを考えれば、あなたの観点からはどの程度合理的でしょうか 。
結果を予測するのはこれまでのところ難しいので、これは本当に問題です。しかし、ここでは籾殻から小麦を分離する必要があります。それはあなたが大豆を変更し、干ばつへの抵抗を追加するときの一つのことです。特定の遺伝子を加えることによって、あなたは高いダイズ収量を得ます。それが遺伝的に改変されていることは明らかで、まさしく同じ遺伝子プロセス - 最も適応した種の選択 - ははるかに遅いです。
遺伝子組み換え植物に関しては、私はまったく問題を見ません。このトピックは特定の政治的勢力によってのみ膨らまされています。GMOが私たちの健康に影響を与えるという科学的証拠はありません。人に対する遺伝子実験に関しては、人類はまだ心理的にこれに対応していないようです。しかし、これは、調査を実施し、教育に従事し、これらの方法の適用範囲を決定する必要がないことを意味するのではありません。結局のところ、約40年前の同じ体外受精、体外受精は野生のようでした。さらに、ゲノム編集は過去10年間に医学で出現したアプローチの頂点であると考えることができます。ターゲットを絞った個別化医療についてです。今日、疾患のある臓器への薬物の標的化送達、および疾患を引き起こす何かが間違っている細胞および酵素系への影響がますます重要になっています。これに関して、我々は、様々なナノ粒子を使用する標的化送達なしに、そして適切な時点で適切な時点で薬物を制御放出することなしには他に行くことができない。したがって、いわゆるナノ医療およびナノ医薬品が非常に普及しています。遺伝子工学はこの方向への次のステップです。
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