Two hundred years of modern science. We have to admit that our performance is not great. The machines we build continue to suffer from mechanical failures. The houses we build do not survive severe earthquakes. But we shouldn't be so critical of our scientists for a simple reason: they didn't have much time. Two hundred years is not a lot of time, while nature had three billion years to perfect some of the most amazing materials, that we wish we had in our possession. Remember, these materials carry a quality assurance of three billion years.
دویست سال از عمر علوم مدرن میگذره. باید قبول کنیم که کاراییمون قابل قبول نبوده. ماشینآلاتی که میسازیم کماکان مشکلات مکانیکی دارن. خونههامون نمیتونن زلزلههای شدید رو تحمل کنن. ولی به یک دلیل، نمیشه دانشمندهامون رو انقدر سختگیرانه نقد کرد: چون زمان کافی نداشتن. دویست سال درمقایسه با طبیعت که سه میلیارد سال برای ساختنِ خارقالعادهترین ساختارهای موجود که ما آرزوی در تملک داشتنشون رو داریم فرصت داشته٬ زمان زیادی نیست. به خاطر داشته باشید که این ساختارها، سه میلیارد سال ضمانت کیفیت به همراه دارن.
Take, for example, sequoia trees. They carry hundreds of tons for hundreds of years in cold weather, in warm climates, UV light. Yet, if you look at the structure by high-resolution electron microscopy, and you ask yourself, what is it made of, surprisingly, it's made of sugar. Well, not exactly as we drink in our tea. It's actually a nanofiber called nanocrystalline cellulose. And this nanocrystalline cellulose is so strong, on a weight basis, it's about 10 times stronger than steel. Yet it's made of sugar.
برای مثال، درختهای سکویا صدها تن وزن رو به مدت صدها سال حمل میکنن در هوای سرد، در شرایط گرم اشعه ماورابنفش. با این اوصاف اگه با میکروسکوپهای الکترونی و وضوح بالا به ساختار درخت نگاه کنید و از خودتون بپرسید که از چی ساخته شده در کمال تعجب متوجه میشید که از شکر درست شده. خب البته نه از اون شکری که ما با چاییمون میخوریم در واقع نوعی نانوفیبره به اسم سلولزِ نانوکریستالی. و این سلولز نانوکریستالی، از منظر وزنی ۱۰ برابر از فلز قویتره. و هنوز هم از شکر تشکیل شده.
So scientists all over the world believe that nanocellulose is going to be one of the most important materials for the entire industry. But here's the problem: say you want to buy a half a ton of nanocellulose to build a boat or an airplane. Well, you can Google, you can eBay, you can even Alibaba. You won't find it. Of course, you're going to find thousands of scientific papers -- great papers, where scientists are going to say this is a great material, there are lots of things we can do with it. But no commercial source.
همه دانشمندهای جهان بر این باوراند که نانوسلولز به زودی به مهمترین عنصر موجود در کل صنایع جهان تبدیل میشه. ولی یه مشکلی اینجا هست: فرض کنید که میخواید برای ساختن یه قایق یا هواپیما نیم تن نانوسلولز بخرید. خب، میتونید از گوگل، ئیبِی یا حتی علیبابا اقدام کنید. ولی نمیتونید پیدا کنید. البته به هزاران مقاله و نوشتهی علمی ارزشمند برمیخورید که در اونها دانشمندها اذعان کردن که این مادهی خارقالعادهایه و کاربردهای زیادی داره. ولی هیچ کاربرد تجاری نمیبینید.
So we at the Hebrew University, together with our partners in Sweden, decided to focus on the development of an industrial-scale process to produce this nanocellulose. And, of course, we didn't want to cut trees. So we were looking for another source of raw material, and we found one -- in fact, the sludge of the paper industry. The reason: there is a lot of it. Europe alone produces 11 million tons of that material annually. It's the equivalent of a mountain three kilometers high, sitting on a soccer field. And we produce this mountain every year. So for everybody, it's an environmental problem, and for us, it's a gold mine.
به همین دلیل، ما در دانشگاه عبرانی و به همراه همکارانمون در سوئد تصمیم به ساخت و توسعه این نانوسلولز در مقیاس صنعتی گرفتیم. و صد البته نمیخواستیم هیچ درختی قطع بشه. پس برای پیدا کردن مادهی خام دنبال یه منبع دیگه گشتیم ویکی هم پیدا کردیم - که در واقع ضایعات صنعت کاغذسازی بود. دلیل: چون به وفور پیدا میشه. اروپا به تنهایی و هر ساله ۱۱ میلیون تن از این ماده رو تولید میکنه. این مقدار، برابر با یه کوه به ارتفاع سه کیلومتر و عرضی برابر با یه زمین فوتباله. و ما هر سال این کوه رو تولید میکنیم. با این تفاسیر، این مسئله برای همه یه مشکل زیستمحیطی و برای ما یه معدن طلاست.
So now, we are actually producing, on an industrial scale in Israel, nanocellulose, and very soon, in Sweden. We can do a lot of things with the material. For example, we have shown that by adding only a small percent of nanocellulose into cotton fibers, the same as my shirt is made of, it increases its strength dramatically. So this can be used for making amazing things, like super-fabrics for industrial and medical applications. But this is not the only thing. For example, self-standing, self-supporting structures, like the shelters that you can see now, actually are now showcasing in the Venice Biennale for Architecture.
درحالحاضر ما در اسرائیل مشغول تولید نانوسلولزدر مقیاس صنعتی هستیم و بهزودی در سوئد هم دستبهکار میشیم. کاربردای زیادی برای این ماده میشه پیدا کرد. برای مثال، ما تونستیم نشون بدیم که اضافه کردن فقط درصد کمی از نانوسلولز به الیاف کتان - همین الیافی که لباس من ازش درست شده - استحکامش رو بهطرزِ چشمگیری بالا میبره. پس میبینیم که میشه کارای جالبی با این ماده انجام داد، مثل ساخت ابر-رشتههایی که کاربرد صنعتی یا پزشکی دارن. ولی همهاش همین نیست. برای مثال، سازههای خود-اتکا و بدون نیاز به پشتیبانی مثل پناهگاههایی که الآن میبینید، همین حالا در نمایشگاه دوسالانهی معماری ونیز به نمایش گذاشته شدن.
Nature actually didn't stop its wonders in the plant kingdom. Think about insects. Cat fleas, for example, have the ability to jump about a hundred times their height. That's amazing. It's the equivalent of a person standing in the middle of Liberty Island in New York, and in a single jump, going to the top of the Statue of Liberty. I'm sure everybody would like to do that. So the question is: How do cat fleas do it?
شگفتیهای طبیعت در قلمرو گیاهان کماکان ادامه داره. به حشرهها فکر کنید برای نمونه، ککِ گربهها میتونن تقریباً صد برابر ارتفاع خودشون بپرن. این خارقالعاده است. این یعنی یه آدم وسط جزیره آزادی در نیویورک بایسته و با یه پرش برسه به نوک مجسمه آزادی مطمئنم همه میخوان این قابلیترو داشته باشن. پرسش اینه که: ککها چطور این کار رو انجام میدن؟
It turns out, they make this wonderful material, which is called resilin. In simple words, resilin, which is a protein, is the most elastic rubber on Earth. You can stretch it, you can squish it, and it doesn't lose almost any energy to the environment. When you release it -- snap! It brings back all the energy. So I'm sure everybody would like to have that material. But here's the problem: to catch cat fleas is difficult.
اونا مادهای شگفتانگیز تولید میکنن به اسم رزیلین. رزیلین که یه نوع پروتئین محسوب میشه ارتجاعیترین لاستیک موجود در جهانه. هر قدرهم که کش بیاد یا تحت فشار قرار داده بشه تقریباً هیچ انرژیای هدر نمیده. و وقتی رها بشه تمام انرژی رو رها میکنه. مطمئنم که هر کسی میخواد این ماده رو داشته باشه. ولی یه مشکلی هست: 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. Now we can extract its DNA and read how cat fleas make the resilin, and clone it into a less-jumpy organism like a plant. So that's exactly what we did. Now we have the ability to produce lots of resilin.
ولی در واقع گرفتن یکیشون کافیه. چون میتونیم دیانای اون رو استخراج کنیم و بفهمیم که ککها چطور رزیلین تولید میکنن و ازش موجودی رو درست کنیم که کمتر بپره مثل یه گیاه. این دقیقاً همون کاریه که ما کردیم. حالا ما میتونیم مقادیر زیادی رزیلین تولید کنیم.
Well, my team decided to do something really cool at the university. They decided to combine the strongest material produced by the plant kingdom with the most elastic material produced by the insect kingdom -- nanocellulose with resilin. And the result is amazing. This material, in fact, is tough, elastic and transparent. So there are lots of things that can be done with this material. For example, next-generation sport shoes, so we can jump higher, run faster. And even touch screens for computers and smartphones, that won't break.
در واقع تیم من در دانشگاه تصمیم گرفتن یه کار باحال انجام بدن. اونا قویترین ماده در قلمرو گیاهان رو با ارتجاعیترین ماده در قلمرو حشرهها ترکیب کردن -- یعنی نانوسلولز با رزیلین. و نتیجه خارقالعاده بود. مادهی بهدستاومده محکم، ارتجاعی و شفّافه. به همین دلیل، کارای زیادی میشه با این ماده انجام داد. برای مثال، نسل آینده کفشهای ورزشی، تا بتونیم بیشتر بپریم و سریعتر بدویم. حتی صفحههای لمسی برای کامپیوترها و گوشیهای هوشمند که نمیشکنند.
Well, the problem is, we continue to implant synthetic implants in our body, which we glue and screw into our body. And I'm going to say that this is not a good idea. Why? Because they fail. This synthetic material fails, just like this plastic fork, that is not strong enough for its performance. But sometimes they are too strong, and therefore their mechanical properties do not really fit their surrounding tissues.
مشکل بعدی اینه که ما مدام در حال کاشتِ اعضای مصنوعی در بدنمون هستیم که با چسب یا پیچ کاشت میشن. و اجازه بدید که بگم این کار درستی نیست. چرا؟ چون کارشون رو درست انجام نمیدن. این مواد قابل اطمینان نیستن درست مثل این چنگالِ پلاستیکی که استحکامش به اندازهای نیست که بتونه وظیفهاش رو انجام بده ولی گاهی هم بیش از اندازه قویاند و خصوصیات مکانیکیشون با بافتهای مجاورشون همخوانی نداره.
But in fact, the reason is much more fundamental. The reason is that in nature, there is no one there that actually takes my head and screws it onto my neck, or takes my skin and glues it onto my body. In nature, everything is self-assembled. So every living cell, whether coming from a plant, insect or human being, has a DNA that encodes for nanobio building blocks. Many times they are proteins. Other times, they are enzymes that make other materials, like polysaccharides, fatty acids. And the common feature about all these materials is that they need no one. They recognize each other and self-assemble into structures -- scaffolds on which cells are proliferating to give tissues. They develop into organs, and together bring life.
ولی در واقع، دلیلِ این مشکلات خیلی بنیادیتره دلیلش اینه که در طبیعت کسی نیست که سر من رو به گردنم پیچ کنه یا پوستم رو به بدنم بچسبونه. در طبیعت همه چیز خودساخته است. بنابراین هر سلول زنده چه سلول گیاهی باشه، چه جانوری و چه انسانی یه دیانای داره که در اون، طرز ساخت بلوکهای نانوبیولوژیکی نوشته شده. اغلب، ساختار پروتئینی دارن. گاهاً هم مثل پلیساکاریدها و اسیدهای چرب آنزیمهایی هستن که مواد دیگه رو شکل میدن. و خصوصیت مشترک همه این مواد اینه که مستقلاند و به چیزی نیازی ندارن. اینها همدیگه رو میشناسن و به طور خودکار ساختارهایی رو تشکیل میدن که در اونها سلولها تکثیر میشن و بافتها رو تشکیل میدن. بافتها، اندامها رو میسازن و همگی یه زندگی رو شکل میدن.
So we at the Hebrew University, about 10 years ago, decided to focus on probably the most important biomaterial for humans, which is collagen. Why collagen? Because collagen accounts for about 25 percent of our dry weight. We have nothing more than collagen, other than water, in our body. So I always like to say, anyone who is in the replacement parts of human beings would like to have collagen.
ما تقریباً ۱۰ سال قبل در دانشگاه عبرانی تصمیم گرفتیم روی زیستمادهای متمرکز بشیم که شاید حیاتیترین زیستماده برای بشر باشه اسمش کُلاژِنه. چرا کلاژن؟ چون کلاژن ۲۵درصد از وزن خشک ما رو تشکیل میده. صرفنظر از آب، ما چیزی بیشتر از کلاژن در بدنمون نداریم. برای همین من همیشه میگم، هرکسی که در بخش تعویضِ اعضای بدن انسان کار میکنه دوست داره که کلاژن داشته باشه.
Admittedly, before we started our project, there were already more than 1,000 medical implants made of collagen. You know, simple things like dermal fillers to reduce wrinkles, augment lips, and other, more sophisticated medical implants, like heart valves. So where is the problem? Well, the problem is the source. The source of all that collagen is actually coming from dead bodies: dead pigs, dead cows and even human cadavers. So safety is a big issue. But it's not the only one. Also, the quality.
مسلماً، قبل از شروع پروژهی ما بیشتر از ۱٫۰۰۰ مورد کاشت پزشکی انجام شده بود که از کلاژن ساخته شده بودن. موردهای ساده مثل کاشتهای زیرپوستی برای کاهش چین و چروک لبهای تقویتی و بعضی موارد پیشرفتهی کاشت پزشکی مثل دریچههای قلبی. پس مشکل کجاست؟ مشکل، در واقع منبعه. منبع تمام این کلاژنها برمیگرده به جسدها: خوکها و گاوهای مرده و حتی جنازه انسانها. پس سلامت، اینجا یه مشکل بزرگه. ولی همهاش این نیست. کیفیت هم هست.
Now here, I have a personal interest. This is my father, Zvi, in our winery in Israel. A heart valve, very similar to the one that I showed you before, seven years ago, was implanted in his body. Now, the scientific literature says that these heart valves start to fail 10 years after the operation. No wonder: they are made from old, used tissues, just like this wall made of bricks that is falling apart. Yeah, of course, I can take those bricks and build a new wall. But it's not going to be the same. So the US Food and Drug Administration made a notice already in 2007, asking the companies to start to look for better alternatives.
به شخصه علاقه خاصی به این مورد دارم. این، پدر منه «زوی» توی کارخانه شرابسازیمون در اسرائیل. هفت سال قبل، یه دریجه قلبی مثل اونی که نشونتون دادم توی بدنش کاشت شد. ادبیات علمی میگه که این دریچههای قلبی، ۱۰ سال بعد از کاشت از کار میافتن. تعجبی نداره: چون از بافتهای کهنه و مستعمل ساخته شدن. دقیقاً مثل این دیوار آجری که داره فرو میریزه. بله، البته که میتونم آجرها رو بردارم و یه دیوار نو بسازم. ولی مثل دیوار اول نمیشه. بنابراین سازمان مدیریتِ غذا و داروی ایالات متحده سال ۲۰۰۷ طی بیانیهای، از کمپانیها درخواست کرد که جایگزین بهتری پیدا کنن.
So that's exactly what we did. We decided to clone all the five human genes responsible for making type I collagen in humans into a transgenic tobacco plant. So now, the plant has the ability to make human collagen brand new, untouched. This is amazing. Actually, it's happening now. Today in Israel, we grow it in 25,000 square meters of greenhouses all over the country. The farmers receive small plantlets of tobacco. It looks exactly like regular tobacco, except that they have five human genes. They're responsible for making type I collagen. We grow them for about 50 to 70 days, we harvest the leaves, and then the leaves are transported by cooling trucks to the factory. There, the process of extracting the collagen starts.
این دقیقاً همون کاریه که ما کردیم. ما هر پنج ژن انسانی مسئول ساخت نوع ۱ کلاژن در بدن انسان رو به گیاه تنباکوی تراریخته شده تبدیل کردیم. و حالا، گیاه قابلیت تولید کلاژنِ انسانی رو به صورت کاملاً تازه داره. ناب. این فوقالعاده است. و در حال حاضر هم داره اتفاق میافته. امروز ما در سرتاسر اسرائیل و در زمینهایی به مساحت ۲۵٫۰۰۰ متر مربع در حال کاشت گلخانهای اون هستیم. کشاورزها، نهالهای کوچیک تنباکو رو دریافت میکنن. اونها دقیقاً شبیه تنباکوی عادی هستن با این تفاوت که حامل پنج ژن انسان بوده و مسئول تولید نوع ۱ کلاژن هستن. ما به مدت ۵۰ تا ۷۰ روز پرورششون میدیم برگهاش رو میچینیم، و بعد برگها با کامیون حامل یخچال به کارخونه منتقل میشن. 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. We concentrate the protein, transfer the protein to clean rooms for the final purification, and the end result is a collagen identical to what we have in our body -- untouched, brand new and from which we make different medical implants: bone void fillers, for example, for severe bone fractures, spinal fusion. And more recently, even, we've been able to launch into the market here in Europe a flowable gel that is used for diabetic foot ulcers, that is now approved for use in the clinic.
برگها رو له میکنین و عصارهای که بهدست میآد حاوی کلاژنه. پروتئین رو تلغیظ میکنیم، برای خالصسازی به اتاقهای پاک منتقل میکنیم و نتیجه نهایی دقیقاً کلاژنیه که ما در بدنمون داریم -- ناب و تازه و همون مادهای که ازش ایمپلنتهای پزشکی میسازیم: برای نمونه پرکنندههای فضای بین استخوانی برای شکستگیهای شدید یا حتی جدیداً جوشدادن مهرههای ستون فقرات حتی، اخیراً ما تونستیم نوعی ژل روان رو به بازار اروپا وارد کنیم که در درمان زخم پایِ دیابتیها کاربرد داره و حالا برای استفاده در مراکز درمانی تأیید شده.
This is not science fiction. This is happening now. We are using plants to make medical implants for replacement parts for human beings. In fact, more recently, we've been able to make collagen fibers which are six times stronger than the Achilles tendon. That's amazing.
این یه داستان علمی تخیلی نیست. این کار همینحالا داره انجام میشه ما داریم برای کاشت ایمپلنتهای پزشکی در بدن انسان، از گیاهان استفاده میکنیم. درواقع، اخیراً موفق شدیم الیاف کلاژنی بسازیم که شش برابر از زردپی آشیل قویتراند. این فوقالعاده است.
Together with our partners from Ireland, we thought about the next thing: adding resilin to those fibers. By doing that, we've been able to make a superfiber which is about 380 percent tougher, and 300 percent more elastic. So oddly enough, in the future, when a patient is transplanted with artificial tendons or ligaments made from these fibers, we'll have better performance after the surgery than we had before the injury.
با کمک شرکامون در ایرلند به قدم بعدیمون فکر کردیم: اضافه کردن رزیلین به این الیاف. با این کار تونستیم اَبَر الیافی بسازیم که ۳۸۰درصد محکمتر و ۳۰۰درصد ارتجاعیتر هستن. با این حساب و درکمال تعجب، در آینده خواهیم دید که وقتی یک بیمار، یک زردپی یا رباط پیوندی دریافت میکنه که از این الیاف ساخته شدن وضعیت بعداز عملش بهتر از وضعیتی میشه که قبل از آسیبدیدگیش داشت.
So what's for the future? In the future, we believe we'll be able to make many nanobio building blocks that nature provided for us -- collagen, nanocellulose, resilin and many more. And that will enable us to make better machines perform better, even the heart. Now, this heart is not going to be the same as we can get from a donor. It will be better. It actually will perform better and will last longer.
پس در آینده چه اتفاقی میافته؟ ما معتقدیم که میتونیم سازههایی نانوبیولوژیکی بسازیم که طبیعت به ما داده کلاژن، نانوسلولز، رزیلین و خیلی چیزای دیگه. و با این توصیفات، قادر خواهیم بود ماشینهایی با کارائی بالاتری بسازیم. حتی قلب. و این قلب، مثل اونی نخواهد بود که ما از یه نفر اهداکننده دریافت میکنیم. بلکه بهتره. کارائیش بالاتره و بیشتر عمر میکنه.
My friend Zion Suliman once told me a smart sentence. He said, "If you want a new idea, you should open an old book." And I'm going to say that the book was written. It was written over three billion years of evolution. And the text is the DNA of life. All we have to do is read this text, embrace nature's gift to us and start our progress from here.
دوست من صهیون سلیمان یه بار یه جمله هوشمندانه بهم گفت. گفت: "اگه یه ایده جدید میخوای باید یه کتاب قدیمی رو باز کنی." و من میخوام بگم که اون کتاب نوشته شده بود. طی سه میلیارد سال تکامل نوشته شده. و متنش، دیانایِ زندگیه. همه کاری که باید بکنیم اینه که این متن رو بخونیم هدیه طبیعت رو پذیرا باشیم و رشدمون رو از همینجا شروع کنیم.
Thank you.
ممنون.
(Applause)
(تشویق حاضرین)