מאת: מאיה גבעון
אם אתם מנויים על עדכון זה או רק מציצים בו מידי פעם – אתם ודאי כבר משוכנעים שמאחורי רעיון הביומימיקרי יש פוטנציאל ענק וחוכמה רבה, כפי שמשוכנעים חברים בצוותי מחקר ופיתוח רבים ברחבי העולם. הרעיון לפנות לטבע על מנת להגדיל את מאגר הפתרונות והרעיונות הזמינים לנו, ולחקות אותם באופן מושכל, נראה הגיוני וכמעט אינטואיטיבי, אך כשמגיעים לרמת הפרקטיקה, אנחנו זקוקים למורה נבוכים. מיליוני מינים של אורגניזמים, מחקרים שונים ומשונים זמינים – מאיפה מתחילים? ועל פי מה מחפשים? וכשמוצאים, איך מסננים ומוודאים שמה שמצאנו אכן מהווה פתרון מקיים ומתאים?
בקיצור, נדרשת מתודולוגיה לסייע בעבודה המעשית של פיתוח מודל ביומימטי.
עקרונות החיים פותחו על ידי המכון האמריקאי לביומימיקרי כסט, שאמור לסייע ולשמש ככלי במהלך עבודת תכנון וחשיבה ביומימטית. כל אחד מעקרונות החיים מייצג דפוס חוזר, שזוהה על ידי חוקרים באורגניזמים ובמערכות שונות בטבע. הדפוס מרמז על אסטרטגיית הישרדות (= קיימות), שניצחה את מבחן הזמן ולכן היא ככל הנראה אפקטיבית ומתאימה לתנאי הסביבה. העקרונות משותפים למגוון אורגניזמים.
שתי אסטרטגיות מרכזיות כוללות את כל עקרונות החיים ומכילות אותם: החיים יוצרים תנאים שמעודדים חיים (life creates conditions conducive to life) ו-החיים עוברים התאמה ושינוי (life adapts and evolves)
האסטרטגיה הראשונה משמעותה שיצורים השורדים על פני כדור הארץ מותאמים לתנאי מערכת ההפעלה שלו, לחוקי הפיזיקה ולמגבלות הסביבה. מעבר לכך, יצורים ששורדים כאן, לא רק מכבדים את תנאי המערכת, אלא תורמים בעצם קיומם להמשכיות ולהיווצרות חיים.
האסטרטגיה השנייה הכרחית משום שתנאי הסביבה משתנים באופן תמידי. בשאיפה לשימור מצב קבוע, פחות או יותר, שיאפשר הישרדות ואף שגשוג כשהתנאים החיצוניים משתנים, חייבים האורגניזמים להגיב בשינוי, בהתפתחות ובהתאמה מחודשת לסביבתם.
להלן מובאים שני עקרונות לדוגמא. את רשימת העקרונות המלאה תוכלו למצוא כאן.
שינוי לשם הישרדות
עקרון זה מתייחס לשינוי אבולוציוני, כלומר שינוי שמוטמע בחומר הגנטי ונשמר לאורך דורות רבים של המין. מנגנונים המזוהים עם עיקרון זה הם שכפול אסטרטגיות מוצלחות – פתרונות מוצלחים המסייעים להישרדות משוכפלים, הן על ידי הופעה בגנום, והן על ידי למידה מתוך חיקוי של פרטים אחרים; שימוש בתקלות ובבלתי צפוי – מוטציות הנוצרות כתקלה חד פעמית בשכפול הגנום. חלקן מובילות לכשלים ואף למוות, וחלקן מובילות לשיפורים ואף לפריצות דרך וליצירת ידע חדש, תוך אלתור ושיחלוף ידע קיים.
תושייה, ויעילות בשימוש באנרגיה ומשאבים
שימוש במשאבים, וניצול הזדמנויות באופן יצירתי אך מחושב, מאפיינים את כל היצורים החיים. אורגניזמים ששורדים לומדים לנצל משאבים חומריים ולא חומריים (אנרגיה ואינפורמציה) באופן יעיל. כולם משתמשים במה שבסביבתם, ובאופן יעיל וחסכוני, תוך יצירת מינימום חומרי לוואי. מנגנונים המזוהים עם עיקרון זה כוללים שימוש בעיצוב רב שימושי - פתרון אלגנטי אחד נותן מענה למספר צרכים (למשל: ניבים של אריות הים משמשים אותם הן להגנה בקרבות מול זכרים אחרים, הן למציאת מזון בקרקעית הים והן להיאחזות במדפי קרח); תהליכים חסכוניים באנרגיה - ניצול זרמי אנרגיה טבעיים והימנעות מהשקעת אנרגיה נוספת הוא מנגנון נפוץ, למשל בהפצת זרעים ממינים שונים; שימוש חוזר מקסימאלי בחומרים – בטבע "פסולת" של אורגניזם אחד מנוצל על ידי אורגניזם אחר. המחזור מתרחש תוך מערכות של יחסי גומלין בין חלקים שונים של המערכת. בני אדם ממחזרים נייר לנייר, קרטון לקרטון – או במקרה הרווח יותר, הופכים את החומר למוצר נחות יותר ,כמו נייר לנייר טואלט, בדים לסמרטוטי רצפה וכדו'). בטבע איכות התוצר הממוחזר אינה יורדת, שכן הוא תמיד משמש למישהו במערכת באותה מידה של חשיבות כפי ששימש את קודמו בשרשרת. עלים לא הופכים חזרה לעלים ישירות. הפחמן – יסוד נפוץ מאוד בטבע, מתגלגל הלאה, למזון לבעלי חיים בקרקע או לצמחים חדשים. יסודות יותר נדירים מאוחסנים על ידי העץ בתאים בתוך התאים לשימוש חוזר.
העבודה במכון הביומימיקרי האמריקאי להבנה ושיפור הדיוק של עקרונות החיים נמשכת, וניסוח העקרונות ממשיך להתעדכן. העקרונות המשקפים תבניות עמוקות החוזרות בטבע, יכולים לשמש ככלי עבודה ומסגרת חשיבה למבקשים להשתמש בחוכמת הטבע בפיתוחים אנושיים.
בגיליונות הבאים נכיר עקרונות נוספים מתוך עקרונות החיים, ואת המנגנונים המייצגים אותם באורגניזמים שונים בטבע.
אם אתם מנויים על עדכון זה או רק מציצים בו מידי פעם – אתם ודאי כבר משוכנעים שמאחורי רעיון הביומימיקרי יש פוטנציאל ענק וחוכמה רבה, כפי שמשוכנעים חברים בצוותי מחקר ופיתוח רבים ברחבי העולם. הרעיון לפנות לטבע על מנת להגדיל את מאגר הפתרונות והרעיונות הזמינים לנו, ולחקות אותם באופן מושכל, נראה הגיוני וכמעט אינטואיטיבי, אך כשמגיעים לרמת הפרקטיקה, אנחנו זקוקים למורה נבוכים. מיליוני מינים של אורגניזמים, מחקרים שונים ומשונים זמינים – מאיפה מתחילים? ועל פי מה מחפשים? וכשמוצאים, איך מסננים ומוודאים שמה שמצאנו אכן מהווה פתרון מקיים ומתאים?
בקיצור, נדרשת מתודולוגיה לסייע בעבודה המעשית של פיתוח מודל ביומימטי.
עקרונות החיים פותחו על ידי המכון האמריקאי לביומימיקרי כסט, שאמור לסייע ולשמש ככלי במהלך עבודת תכנון וחשיבה ביומימטית. כל אחד מעקרונות החיים מייצג דפוס חוזר, שזוהה על ידי חוקרים באורגניזמים ובמערכות שונות בטבע. הדפוס מרמז על אסטרטגיית הישרדות (= קיימות), שניצחה את מבחן הזמן ולכן היא ככל הנראה אפקטיבית ומתאימה לתנאי הסביבה. העקרונות משותפים למגוון אורגניזמים.
שתי אסטרטגיות מרכזיות כוללות את כל עקרונות החיים ומכילות אותם: החיים יוצרים תנאים שמעודדים חיים (life creates conditions conducive to life) ו-החיים עוברים התאמה ושינוי (life adapts and evolves)
האסטרטגיה הראשונה משמעותה שיצורים השורדים על פני כדור הארץ מותאמים לתנאי מערכת ההפעלה שלו, לחוקי הפיזיקה ולמגבלות הסביבה. מעבר לכך, יצורים ששורדים כאן, לא רק מכבדים את תנאי המערכת, אלא תורמים בעצם קיומם להמשכיות ולהיווצרות חיים.
האסטרטגיה השנייה הכרחית משום שתנאי הסביבה משתנים באופן תמידי. בשאיפה לשימור מצב קבוע, פחות או יותר, שיאפשר הישרדות ואף שגשוג כשהתנאים החיצוניים משתנים, חייבים האורגניזמים להגיב בשינוי, בהתפתחות ובהתאמה מחודשת לסביבתם.
להלן מובאים שני עקרונות לדוגמא. את רשימת העקרונות המלאה תוכלו למצוא כאן.
שינוי לשם הישרדות
עקרון זה מתייחס לשינוי אבולוציוני, כלומר שינוי שמוטמע בחומר הגנטי ונשמר לאורך דורות רבים של המין. מנגנונים המזוהים עם עיקרון זה הם שכפול אסטרטגיות מוצלחות – פתרונות מוצלחים המסייעים להישרדות משוכפלים, הן על ידי הופעה בגנום, והן על ידי למידה מתוך חיקוי של פרטים אחרים; שימוש בתקלות ובבלתי צפוי – מוטציות הנוצרות כתקלה חד פעמית בשכפול הגנום. חלקן מובילות לכשלים ואף למוות, וחלקן מובילות לשיפורים ואף לפריצות דרך וליצירת ידע חדש, תוך אלתור ושיחלוף ידע קיים.
תושייה, ויעילות בשימוש באנרגיה ומשאבים
שימוש במשאבים, וניצול הזדמנויות באופן יצירתי אך מחושב, מאפיינים את כל היצורים החיים. אורגניזמים ששורדים לומדים לנצל משאבים חומריים ולא חומריים (אנרגיה ואינפורמציה) באופן יעיל. כולם משתמשים במה שבסביבתם, ובאופן יעיל וחסכוני, תוך יצירת מינימום חומרי לוואי. מנגנונים המזוהים עם עיקרון זה כוללים שימוש בעיצוב רב שימושי - פתרון אלגנטי אחד נותן מענה למספר צרכים (למשל: ניבים של אריות הים משמשים אותם הן להגנה בקרבות מול זכרים אחרים, הן למציאת מזון בקרקעית הים והן להיאחזות במדפי קרח); תהליכים חסכוניים באנרגיה - ניצול זרמי אנרגיה טבעיים והימנעות מהשקעת אנרגיה נוספת הוא מנגנון נפוץ, למשל בהפצת זרעים ממינים שונים; שימוש חוזר מקסימאלי בחומרים – בטבע "פסולת" של אורגניזם אחד מנוצל על ידי אורגניזם אחר. המחזור מתרחש תוך מערכות של יחסי גומלין בין חלקים שונים של המערכת. בני אדם ממחזרים נייר לנייר, קרטון לקרטון – או במקרה הרווח יותר, הופכים את החומר למוצר נחות יותר ,כמו נייר לנייר טואלט, בדים לסמרטוטי רצפה וכדו'). בטבע איכות התוצר הממוחזר אינה יורדת, שכן הוא תמיד משמש למישהו במערכת באותה מידה של חשיבות כפי ששימש את קודמו בשרשרת. עלים לא הופכים חזרה לעלים ישירות. הפחמן – יסוד נפוץ מאוד בטבע, מתגלגל הלאה, למזון לבעלי חיים בקרקע או לצמחים חדשים. יסודות יותר נדירים מאוחסנים על ידי העץ בתאים בתוך התאים לשימוש חוזר.
העבודה במכון הביומימיקרי האמריקאי להבנה ושיפור הדיוק של עקרונות החיים נמשכת, וניסוח העקרונות ממשיך להתעדכן. העקרונות המשקפים תבניות עמוקות החוזרות בטבע, יכולים לשמש ככלי עבודה ומסגרת חשיבה למבקשים להשתמש בחוכמת הטבע בפיתוחים אנושיים.
בגיליונות הבאים נכיר עקרונות נוספים מתוך עקרונות החיים, ואת המנגנונים המייצגים אותם באורגניזמים שונים בטבע.
