Будьте готовы к взрыву производительности в биотехнологии

Если биотехнология пойдет по той же траектории роста, что и сельское хозяйство или компьютерные технологии, она может изменить мир.

Несмотря на все наши недостатки, люди очень хорошо умеют становиться лучше. Способность совершенствовать и улучшать наши методы и технологии является определяющей чертой нашего вида. На протяжении тысячелетий мы находили более эффективные и действенные способы работы с такими сырьевыми ресурсами, как дерево и металл, превращая их в инструменты и технологии, которые становятся все более совершенными. Теперь, когда мы учимся вводить новшества с помощью сложных биологических механизмов, изобретенных природой, недавняя история в других отраслях предполагает, что темпы роста могут быть трансформационными для всего, от производства до медицины и продуктов питания.

На протяжении тысячелетий, когда люди впервые управляли ландшафтами и домашним скотом, отчасти это происходило посредством наблюдения и отбора. Семена из урожая, который растет обильно и надежно, сохраняются; предпочтение отдается животному, которое производит и ведет себя хорошо. Со временем мы одомашнили виды и штаммы, которые лучше всего соответствовали нашим потребностям, и, действуя таким образом, мы достигли пределов роста, основанных на знаниях и инструментах, доступных в то время. На протяжении веков урожайность таких культур, как кукуруза, оставалась относительно стабильной.

Все изменилось в середине 20 века. Достижения в области синтетических удобрений, селекции сортов и других инструментов современного сельского хозяйства положили начало продолжающемуся периоду огромного роста сельскохозяйственной продукции. С 60 года до конца 1938-х годов мировой валовой объем производства увеличился на 1950 процентов — с тех пор он снова более чем удвоился. Сегодня в среднем в мире производится почти три раза столько зерновых, сколько мы могли получить с той же площади земли в 1961 г. С 1950 г. более чем пятикратное увеличение в общей урожайности кукурузы только в Соединенных Штатах.

По-настоящему дела пошли в гору в 1970-е годы, во время первого периода стремительного роста сельскохозяйственного производства, получившего название «Зеленая революция». Достижения в области химических удобрений, селекции штаммов, пестицидов и других технологий были включены во все более глобализированный рынок сельскохозяйственных культур и товаров, что привело к повышению урожайности сельскохозяйственных культур во всем мире и способности прокормить растущее население. Более поздние улучшения произошли благодаря новым технологиям, таким как робототехника и генетическое редактирование, но отдача от них уменьшается. С 2011 по 2019 год общий объем мирового сельскохозяйственного производства составил на 6% меньше, чем было бы если бы мы сохранили те же темпы роста, что и в предыдущем десятилетии.

Это можно описать как вершину «S-кривой», которая характеризует рост новых технологий, которые стремительно распространяются в период инноваций и открытий, а затем выравниваются по мере замедления внедрения и установления новой «нормальности».

Эти «S-кривые» чаще всего связаны с компьютерными технологиями, история которых почти совпадает с Зеленой революцией. После первых мэйнфреймов размером со здание в 1950-х годах в 1970-х и 80-х годах появились настольные персональные компьютеры, которые в основном использовались исследователями и любителями. Затем в начале 1990-х их стали использовать обычные люди, а к середине 2000-х интернет стал популярен, и теперь у каждого в кармане есть компьютер.

Скорость инноваций в области персональных компьютеров, по-видимому, немного уменьшился после нескольких лет циклов подъема и спада. Отчасти это связано с ограничениями физики — в течение многих лет компьютерные чипы становились экспоненциально меньше и быстрее, примерно удваивая скорость и уменьшаясь вдвое каждые два года, что известно как закон Мура. Но ученые и инженеры не могут выжать столько производительности из ограниченных материалов и, возможно, приближаются к своему пределу (по крайней мере, на данный момент). Но на этом инновации не заканчиваются — в таких областях, как виртуальная реальность, социальные сети, искусственный интеллект и другие приложения и подполя, используются свои меньшие S-кривые, возможно, меньшие, чем дуга микрочипа или персонального компьютера, но опять же, может быть. нет.

Существует также грубая аналогия с сельским хозяйством, где замедление технического прогресса также влияет на темпы роста, что означает более высокие цены и другие эффекты цепной реакции. Рост имеет решающее значение, поэтому прилагаются все усилия для его поддержания. Такие компании, как Monsanto, редактируют гены сельскохозяйственных культур, чтобы создать устойчивость к вредителям и повысить эффективность, столь же малую, как толщина клеточной стенки, чтобы получить небольшой выигрыш в росте. Даже это небольшое количество может иметь решающее значение при крупномасштабном производстве продуктов питания и товаров, таких как кукуруза или соя, но общие темпы инноваций и роста производства не достигли тех успехов, которые были достигнуты в середине прошлого века. Следующее развитие, которое может стимулировать рост для удовлетворения потребностей в продовольствии, может исходить от лаборатории, стремящейся выжать больше урожая из резервов, таких как кукуруза, или оно может исходить откуда-то совершенно неожиданно. Инновации часто являются тем, что вызывает рост, наряду с формированием инфраструктуры. и цепочки поставок для его поддержки. Новые удобрения открывают возможности товарных рынков для таких культур, как кукуруза; меньшие по размеру и более быстрые компьютерные чипы обеспечивают почти полное распространение компьютеров по всему миру; недавно изученный организм создает способность производить новые ферменты, материалы или химические вещества, которые удовлетворяют потребности массового рынка гораздо более устойчиво, чем статус-кво.

Действительно, кажется, что биотехнология находится в начале своей S-образной кривой. Биотехнологии — это изучение и работа с живыми системами, в некоторых случаях даже относитесь к ним как к компьютерам. Может быть, не должно быть сюрпризом, если он пойдет по той же траектории роста.

В этой области жидкое брожение, которое традиционно использует дрожжи для всего, от лимонной кислоты до спирта в промышленных масштабах, может быть примерно аналогично кукурузе или персональному компьютеру, «замедляющей» технологии, которая ползет к вершине своей S-кривой. При этом прогресс в прецизионное брожение, новые и более сложные методы редактирования генов, а также растущее разнообразие организмов которые наука и промышленность теперь могут учиться и работать, объединяются, чтобы открыть новый ландшафт инноваций для биоматериалов, продуктов и методов производства. Мы только в начале периода открытий в области биотехнологий, и невозможно сказать, что это может означать для того, как мы производим то, что нам нужно и используем.

Работа с биологией означает создание продуктов и процессов, совместимых с природой. Но важно отметить, что исторически были последствия массовых периодов роста после промышленной революции. В сельском хозяйстве повышение урожайности произошло за счет разнообразия сельскохозяйственных культур и перехода к монокультуре, а также ограждение от компаний что авторское право сеет или кодирует их возможное устаревание в самой их ДНК. Вы также можете увидеть это в взрыве компьютерных технологий, который создал самые быстрорастущие потоки отходов в мире. Многие из нас черпают вдохновение в видении новаторов в отрасли, таких как те, кто превратил компьютеры из идеи в технологию, формирующую мир, изменившую способ нашего взаимодействия друг с другом, или кому удалось разработать и распространить средства, которыми питается наш растущий мир. Биотехнологии также могут подать пример, не только изменяя способы производства и потребления необходимых нам вещей, но и делая это справедливо и в гармонии с природой.

Если биотехнология вот-вот будет расти в геометрической прогрессии, сможет ли она изменить этот аспект инновационного цикла? Если это так, то вскоре мы можем оглянуться на момент большого взрыва, когда разнообразные новые продукты и приложения, основанные на биологии, ознаменовали сдвиг глобальной потребительской культуры в сторону лучшего соответствия планете.