Überall um uns herum gibt es unsichtbare Ökosysteme, die aus winzigen Lebensformen wie Bakterien, Viren und Pilzen bestehen. Schreibtische, Computer, Bleistifte und Gebäude, sie alle beherbergen eine Fülle von ansässigen Mikroben. Wenn wir diese Gegenstände entwerfen, könnten wir darüber nachdenken, wie wir diese unsichtbaren Welten mitgestalten könnten, und wie sie mit unserem eigenen, persönlichen Ökosystem interagieren.
Everything is covered in invisible ecosystems made of tiny lifeforms: bacteria, viruses and fungi. Our desks, our computers, our pencils, our buildings all harbor resident microbial landscapes. As we design these things, we could be thinking about designing these invisible worlds, and also thinking about how they interact with our personal ecosystems.
Unsere Körper beheimaten Billionen von Mikroben, und diese Kreaturen definieren, wer wir sind. Die Mikroben im Darm können unser Gewicht und unsere Stimmung beeinflussen. Die Mikroben auf der Haut können helfen, unser Immunsystem zu stärken. Die Mikroben im Mund können unseren Atem erfrischen, oder auch nicht. Das Wichtigste ist jedoch, dass unser eigenes, persönliches Ökosystem, jedes Mal, wenn wir etwas berühren, mit all diesen Ökosystemen interagiert. Wenn wir etwa einen Bleistift anfassen, werden Mikroben ausgetauscht.
Our bodies are home to trillions of microbes, and these creatures define who we are. The microbes in your gut can influence your weight and your moods. The microbes on your skin can help boost your immune system. The microbes in your mouth can freshen your breath, or not, and the key thing is that our personal ecosystems interact with ecosystems on everything we touch. So, for example, when you touch a pencil, microbial exchange happens.
Wenn wir die unsichtbaren Ökosysteme um uns herum also beliebig verändern können, eröffnet sich uns die Möglichkeit, unsere Gesundheit in einem noch nie da gewesenem Maße zu beeinflussen.
If we can design the invisible ecosystems in our surroundings, this opens a path to influencing our health in unprecedented ways.
Ich werde ständig von Leuten gefragt: "Ist es wirklich möglich, diese mikrobiellen Ökosysteme zu unserem Vorteil zu nutzen?" Ich glaube, die Antwort ist: "Ja". Ich denke, dass wir es bereits tun, allerdings unbewusst. Ich werde Ihnen Messwerte aus einem Teilgebiet meiner Forschung, die sich auf Architektur bezieht, vorstellen, die zeigen, dass wir diese unsichtbaren Welten sowohl durch bewusste wie unbewusste Formgebung bereits beeinflussen.
I get asked all of the time from people, "Is it possible to really design microbial ecosystems?" And I believe the answer is yes. I think we're doing it right now, but we're doing it unconsciously. I'm going to share data with you from one aspect of my research focused on architecture that demonstrates how, through both conscious and unconscious design, we're impacting these invisible worlds.
Das hier ist der Lillis-Business-Komplex an der Universität von Oregon, an dem ich mit einem Team von Architekten und Biologen arbeitete, um die mehr als 300 Räume in diesem Gebäude zu untersuchen. Wir wollten so etwas wie einen Fossilbericht des Gebäudes erstellen. Und um dies zu tun, haben wir Staubproben genommen. Aus dem Staub haben wir Bakterien extrahiert, diese aufgebrochen und dann ihre Gensequenzen verglichen. Das hatte zur Folge, dass mein Team während dieses Projektes sehr viel staubgesaugt hat. Dies ist ein Bild von Tim, der, als ich dieses Bild schoss, zu mir sagte: "Jessica, in meiner letzten Arbeitsgruppe habe ich Feldforschung im Regenwald von Costa Rica betrieben, seitdem hat sich einiges grundlegend für mich verändert."
This is the Lillis Business Complex at the University of Oregon, and I worked with a team of architects and biologists to sample over 300 rooms in this building. We wanted to get something like a fossil record of the building, and to do this, we sampled dust. From the dust, we pulled out bacterial cells, broke them open, and compared their gene sequences. This means that people in my group were doing a lot of vacuuming during this project. This is a picture of Tim, who, right when I snapped this picture, reminded me, he said, "Jessica, the last lab group I worked in I was doing fieldwork in the Costa Rican rainforest, and things have changed dramatically for me."
Sehen Sie nun, was wir in den Büroräumen gefunden haben. Dazu habe ich die Messwerte in einem Programm visualisiert, an dem ich in Partnerschaft mit der Firma Autodesk gearbeitet habe. Schauen Sie sich zuerst die Außenseite des Kreises an. Hier können Sie verschiedene Bakterienarten erkennen, deren relative Häufigkeit Sie an der rosafarbenen Figur im Inneren des Kreises ablesen können. Um 12 Uhr sind in den Büros hauptsächlich Alphaproteobakterien anzutreffen, während um 1 Uhr Bazillen relativ selten sind.
So I'm going to show you now first what we found in the offices, and we're going to look at the data through a visualization tool that I've been working on in partnership with Autodesk. The way that you look at this data is, first, look around the outside of the circle. You'll see broad bacterial groups, and if you look at the shape of this pink lobe, it tells you something about the relative abundance of each group. So at 12 o'clock, you'll see that offices have a lot of alphaproteobacteria, and at one o'clock you'll see that bacilli are relatively rare.
Schauen wir uns nun die Situation in anderen Raumbereichen dieses Gebäudes an. Bei den Toiletten kann man erkennen, dass sie alle ein sehr ähnliches Ökosystem haben. Dasselbe gilt für die Klassenräume, die ebenfalls ein ähnliches Ökosystem aufweisen. Vergleicht man aber die verschiedenen Raumtypen miteinander, stellt man fest, dass diese sich grundsätzlich voneinander unterscheiden. Ich stelle mir die Toiletten gerne als tropischen Regenwald vor. Ich habe zu Tim gesagt: "Wenn du bloß die Mikroben sehen könntest, wäre es schon fast wie in Costa Rica. Gewissermaßen." Die Büros stelle ich mir gerne als warmes Grasland vor.
Let's take a look at what's going on in different space types in this building. If you look inside the restrooms, they all have really similar ecosystems, and if you were to look inside the classrooms, those also have similar ecosystems. But if you look across these space types, you can see that they're fundamentally different from one another. I like to think of bathrooms like a tropical rainforest. I told Tim, "If you could just see the microbes, it's kind of like being in Costa Rica. Kind of." And I also like to think of offices as being a temperate grassland.
Für Gestalter ist diese Perspektive sehr nützlich, denn sie lässt einen an die Prinzipien der Ökologie denken. Und ein sehr wichtiger Grundsatz der Ökologie ist die Verbreitung, also die Ausbreitung von Organismen. Wir wissen, dass Mikroben von Menschen sowie auf dem Luftweg verbreitet werden können. Das allererste, was wir daher gemacht haben, war das Belüftungssystem des Gebäudes zu untersuchen. Maschinenbauer entwerfen Belüftungsanlagen nach Gesichtspunkten wie, Raumklima, Luftdurchfluss und Temperatur. Sie tun dies auf den Grundlagen der Physik und der Chemie, aber sie könnten ebenfalls die der Biologie miteinbeziehen. Schaut man sich die Mikroben innerhalb einer der Belüftungsanlagen dieses Gebäudes an, stellt man fest, dass sie sich alle stark ähneln. Und wenn man sie mit der Mikrobenpopulation aus einer der anderen Belüftungsanlagen vergleicht, stellt man fest, dass diese sich grundlegend unterscheiden. Die Räume in diesem Gebäude sind wie Inseln in einem Archipel, und das heißt, dass man Maschinenbauer eher Umwelttechniker nennen könnte, die das vorherrschende Ökosystem in diesem Gebäude nach ihren Vorstellungen manipulieren können.
This perspective is a really powerful one for designers, because you can bring on principles of ecology, and a really important principle of ecology is dispersal, the way organisms move around. We know that microbes are dispersed around by people and by air. So the very first thing we wanted to do in this building was look at the air system. Mechanical engineers design air handling units to make sure that people are comfortable, that the air flow and temperature is just right. They do this using principles of physics and chemistry, but they could also be using biology. If you look at the microbes in one of the air handling units in this building, you'll see that they're all very similar to one another. And if you compare this to the microbes in a different air handling unit, you'll see that they're fundamentally different. The rooms in this building are like islands in an archipelago, and what that means is that mechanical engineers are like eco-engineers, and they have the ability to structure biomes in this building the way that they want to.
Eine andere Möglichkeit, wie sich Mikroben ausbreiten können ist durch den Menschen. Architekten gruppieren Räume ähnlichen Typs gerne zusammen, um die zwischenmenschliche Interaktion oder den Austausch von Ideen in z. B. Laboren und Büros zu fördern. Angesichts der Tatsache, dass Mikroben sich über den Menschen verbreiten, würde man erwarten, dass Räume, die nahe aneinander liegen, auch sehr ähnliche Ökosysteme aufweisen. Und genau das konnten wir bestätigen. Betrachtet man Klassenräume, die direkt nebeneinander liegen, so haben diese ein sehr ähnliches Ökosystem, während ein Büro, das sich etwas weiter entfernt befindet, ein grundlegend anderes Ökosystem aufweist. Wenn ich mir die Bedeutung klar mache, die die Verbreitung auf diese bio-geographischen Muster hat, so frage ich mich, ob es damit nicht möglich ist, schwerwiegende Probleme zu lösen, wie z. B. das der Krankenhausinfektionen. Ich glaube, dass diese Probleme, zumindest teilweise, durch "umweltbewusste" Bauten angegangen werden müssen.
Another facet of how microbes get around is by people, and designers often cluster rooms together to facilitate interactions among people, or the sharing of ideas, like in labs and in offices. Given that microbes travel around with people, you might expect to see rooms that are close together have really similar biomes. And that is exactly what we found. If you look at classrooms right adjacent to one another, they have very similar ecosystems, but if you go to an office that is a farther walking distance away, the ecosystem is fundamentally different. And when I see the power that dispersal has on these biogeographic patterns, it makes me think that it's possible to tackle really challenging problems, like hospital-acquired infections. I believe this has got to be, in part, a building ecology problem.
Okay, ich werde Ihnen noch eine weitere Geschichte über dieses Gebäude erzählen. Ich arbeite mit Charlie Brown zusammen. Er ist ein Architekt. Und Charlie ist tief besorgt wegen des globalen Klimawandels. Nachhaltiger Bauweise hat er sein Leben gewidmet. Als er mich traf und erkannte, dass er quantitativ untersuchen konnte, welchen Einfluss seine Design-Entscheidungen auf die Ökologie und Biologie dieses Gebäudes hatten, war er fasziniert, da sich ihm dadurch völlig neue Möglichkeiten erschlossen. Von reinen Überlegungen zur Energieeffizienz, fing er nun auch an, Gesundheitsaspekte mit einzubeziehen. Er half beim Entwerfen einiger Belüftungsanlagen sowie dem Belüftungskonzept dieses Gebäudes.
All right, I'm going to tell you one more story about this building. I am collaborating with Charlie Brown. He's an architect, and Charlie is deeply concerned about global climate change. He's dedicated his life to sustainable design. When he met me and realized that it was possible for him to study in a quantitative way how his design choices impacted the ecology and biology of this building, he got really excited, because it added a new dimension to what he did. He went from thinking just about energy to also starting to think about human health. He helped design some of the air handling systems in this building and the way it was ventilated.
Was ich Ihnen zuerst zeigen werde, ist die Luft, die wir außerhalb des Gebäudes gemessen haben. Dies ist eine Signatur der bakteriellen Gemeinschaften in der Außenluft und wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Als nächstes zeige ich Ihnen, was passierte, als wir die Belüftung einiger Klassenräume dahingehend verändert hatten, dass wir sie nachtsüber vom Rest des Hauses isolierten, so dass es keinen Luftaustausch mehr gab. Viele Gebäude werden so betrieben, wahrscheinlich auch Ihre Arbeitsplätze, denn Unternehmen tun dies, um Strom und damit Geld zu sparen. Wir konnten feststellen, dass die abgestandene Luft in diesen Räumen sich, bis am Samstag die Lüftung wieder anging, kaum verändert hatte. Beim Betreten konnte man die schlechte Luft deutlich riechen und unsere Daten legen nahe, dass dies etwas mit der bakterien-geschwängerten Luft zu tun hatte, die die Leute am Vortag zurückgelassen hatten. Man vergleiche dies mit den Räumen mit einer nachhaltigen, passiven Design-Strategie, in denen Luft von außen durch Lüftungsschlitze hereinströmen konnte. In diesen Räumen folgten die Messwerte denen der Außenluft relativ gut, was Charlie sehr begeistert hat. Er hatte das Gefühl, eine gute Wahl mit seinem Design-Prozess getroffen zu haben, denn er war sowohl energieeffizient als auch in der Lage, die ansässigen Mikrobenpopulationen des Gebäudes zu beseitigen.
So what I'm first going to show you is air that we sampled outside of the building. What you're looking at is a signature of bacterial communities in the outdoor air, and how they vary over time. Next I'm going to show you what happened when we experimentally manipulated classrooms. We blocked them off at night so that they got no ventilation. A lot of buildings are operated this way, probably where you work, and companies do this to save money on their energy bill. What we found is that these rooms remained relatively stagnant until Saturday, when we opened the vents up again. When you walked into those rooms, they smelled really bad, and our data suggests that it had something to do with leaving behind the airborne bacterial soup from people the day before. Contrast this to rooms that were designed using a sustainable passive design strategy where air came in from the outside through louvers. In these rooms, the air tracked the outdoor air relatively well, and when Charlie saw this, he got really excited. He felt like he had made a good choice with the design process because it was both energy efficient and it washed away the building's resident microbial landscape.
Die Beispiele, die ich Ihnen gerade gezeigt habe, beziehen sich auf Architektur, aber sie sind relevant für das Design aller Gegenstände. Stellen Sie sich ein Design vor, das Mikroben berücksichtigt, z. B. im Flugzeug oder auf einem Telefon.
The examples that I just gave you are about architecture, but they're relevant to the design of anything. Imagine designing with the kinds of microbes that we want in a plane or on a phone.
Einer neuen Art von Mikrobe mit dem Namen BLIS, die ich gerade erst entdeckt habe, wurde nachgewiesen, dass sie sowohl Krankheitserreger abwehrt, als auch für einen guten Atem sorgt. Wäre es nicht fantastisch, wenn wir alle BLIS auf unseren Telefonen hätten?
There's a new microbe, I just discovered it. It's called BLIS, and it's been shown to both ward off pathogens and give you good breath. Wouldn't it be awesome if we all had BLIS on our phones?
Ein bewusstes Herangehen an Design, ich nenne es umweltgeprägtes Design und ich denke, es hat eine Zukunft.
A conscious approach to design, I'm calling it bioinformed design, and I think it's possible.
Vielen Dank.
Thank you.
(Beifall)
(Applause)