地球再工业革命，未来的工厂是有生命的

每一项真正革命性的新技术都会带来一种新的思维体系的变革。最近混乱的世界进程中，又有星星点点的技术进步和思想启蒙在孕育和积累，直到冲出混乱把人类社会带向下一个高度。在这个时代，在看尽世界真相后，选择做一名乐观主义者，不会错。

今天分享的这篇文章来自我关注的一位知名的来自英国的生物设计师 Natsai Audrey Chieza，我觉得这篇综述文章里的观点非常有启发性，不只是从现在快速发展的生物技术的视角，也是这些技术背后所带给人类和地球影响的人文视角。

这三条是我总结的主要观点：

1. 工业革命后无限的疯长心态是不可持续的，我们应该从追求“指数增长”走向“生态型增长”。

2. 应该生物化人类的工业，而不只是简单粗暴的继续工业化生物界。

3. 如果只是简单操纵编程DNA，而不去深入理解生物和生态，不去考虑社会系统的变革，生物技术可能也没有那么大的革命性。

而最近混乱的时局可能又告诉我们，人类必需继续深入掌握太阳能转化成物质材料的技术，创造替代性能源和原材料生产方式，未来的生产制造会走向去大型集成工业化，而采用在地化，灵活模块化，去中心化小型而高产的设计，这一话题等之后再来探讨。

希望这篇文章对关心前沿科技和地球生态的你有启发。

英文原文可以在阅读原文找到，图片是我从社交媒体和创作者个人网站节选，请勿用于商用。感谢本文我的合作者 Helen Ying Han 优秀的翻译。

The Factory Is Alive

Christina Agapakis, Natsai Audrey Chieza

未来的工厂是有生命的

翻译：Helen Ying Han

编辑：范阳

将单个大肠杆菌细胞放入含糖的液体培养基中的，它将在 20 分钟内分裂成两个基因完全相同的细胞。再过20分钟，那两个细胞会继续生长并分裂成四个细胞。为这些细胞提供足够的液体培养基和生长空间，大约在 23 小时之后，你就可以拥有足以填满奥运水立方那么大的游泳池的大肠杆菌细胞。如果再等20 个小时，这些细菌的质量将与地球一样重。再在48 小时之后，你就会得到一个 22 倍木星尺寸的大肠杆菌球。

第一眼你看到细菌可能会恐惧，但是未来人类还要靠菌类清除塑料和化石燃料污染。

指数增长可能达到的规模是不可思议的，因为在现实中这也不可能实现。大肠杆菌指数倍增的潜力只有在研究人员高度受控环境下的试管中才能实现，那里大肠杆菌拥有丰富的食物，也没有其他物种跟它竞争生存资源。即便如此，细菌以期望的指数方式生长的时间不可避免地受到了限制 —— 一旦营养开始不足或细胞们过于拥挤就无法继续进一步分裂，生长就会减缓。

生物生长会自我调节以适应环境（疯长是不可持续的）。宇宙中不存在充满一模一样的大肠杆菌的气体行星。一百多年前，达西·温特沃斯·汤普森 (D'Arcy Wentworth Thompson) 发表了一篇关于生物生长数学理论的论文《生长与形态》。在这篇论文中，他总结了生物拓展的核心规则：“一个生物可以达到的规模不只取决于这个生物体本身，而是与其所处的整个环境或周遭有关；它符合这个生物体的‘自然位置’，是宇宙中的作用和反应的结果。”

生物的生长能力与其环境息息相关 —— 生态生长而非指数生长（grow ecologically rather than exponentially）—— 是激发生物学家、生物工程师和设计师与生物体一起协作开发一种新型技术的核心。如果我们的技术可以像生物一样生长和疗愈自己会怎么样呢？

生物不只是一种稀松平常的物体，而是最先进的自然智能和纳米技术。

如果混凝土可以利用微生物的新陈代谢而被生产出来，任何裂缝都可以原地自我修复呢？如果用农场取代工厂，种植出来的产品（而不是像现在被加工生产出来）可以最终回归到土壤中呢（想想这个产品不是变成垃圾而是养分）？如果…正如麻省理工学院媒体实验室（MIT Media Lab）负责人伊藤穰一（Joi Ito）所提出的，并在最近的一份宣言中进一步陈述的那样，“未来 100 年，科学和技术的作用将是成为自然的一部分，而不是试图控制它” 又会怎么样呢？

可能这是2040年云南的花农。

自然界一直利用碳作为生物生长的材料之一，比如海洋生物，珊瑚，牡蛎，藤壶，都拥有自我生长出“自然界的水泥”的能力，他们创造的“建筑”也是其他生物的栖息地。

冰岛艺术家埃利亚松的一个展览“河床”（Olafur Eliasson ：Riverbed），反思自然和工业环境之间的关系，自然界是最伟大的总设计师和主工程师。

美国的初创科技公司Biomason利用一种土壤中发现的细菌的超能力，用微生物发酵结合其他生物成分的方式“生长”出生物水泥(bio-cement)，目标是替代传统水泥生产的工艺，后者在过程中会释放大量二氧化碳。

人类不会像大肠杆菌那样繁殖，把几个人放在一起，很快就会得到更多的人。但在过去的这几千年，我们最终拥有了 7,589,052,176 人 —— 今天地球上令人难以置信的人类数量，满足他们住房、温饱这些基本需求的能力始终取决于资源的可用性和分配权。

我们如何到达这个人口数字是一个和工业革命相关的故事，蒸汽动力、化工发展、机械化生产、启蒙时代思想革命的相互融合，使人类创造维系生命事物的能力实现了巨大的飞跃——因此也带来了人口繁殖的基本条件。我们目前正沿着指数增长曲线发展，联合国预计本世纪末全球人口数字将达到110 亿的峰值。在人类当前的经济框架内，这就代表着 110 亿位维系生命资源的“消耗者”（consumers)，这些资源将在不考虑自然环境的背景下从生物生态系统中攫取，这是目前我们经济系统的弊病。工业化使制造业沿着指数曲线持续发展，这可能与大肠杆菌的生长一样不可思议，却在全球范围内产生毁灭性后果。

跨界艺术家@annibalesiconolfi的未来城市作品。

The Re-industrial Revolution 

地球再工业革命

目前地球上的 7,589,052,176 口人每天平均消耗 1700 升水。这些水部分用于饮用和洗涤，但主要的用途是生产人类日常产品的“嵌入式”水——我们吃的食物以及种植或饲养这些食物所需的水，生产我们穿的衣服所用的水，还有我们使用的能源电力所消耗的水。

工业化生产严重依赖于水资源，预计到 2050 年，对于水的需求量将增加 400%。尤其是时尚和纺织业，是水资源的巨大消耗源和污染源：生产一件棉质 T 恤需要 1083 加仑的水，仅用于染色的水量就有 26加仑。整体来看，纺织品染色每年的用水量足以填满 200 万个奥林匹克游泳池——随着越来越多的人购买越来越多的衣服并越来越少地使用这些衣服，这一数字将持续上涨。

未来的服装可能不是生产出来的，而是 “生长” 出来的。

我们生活在一个资源有限的星球上，但我们的工业生产模式已经成功模仿了一个填满了自毁性大肠杆菌的巨型星球这个噩梦场景。我们该如何调整工业化的规模以让工业适应其在自然中的位置？我们如何才能使技术以生态的方式生长，而不是指数的方式爆炸？

作为一名生物学家 (Christina Agapakis) 和一名设计师 (Natsai Audrey Chieza)，我们通过将生物学本身的设计（Bio-Design) 为作为技术来应对在自然限制范围内扩展技术所带来的挑战。例如，Natsai最近就在尝试最小化纺织品染色过程中的用水量和产生的污染量。通过直接在纺织品上培养一种名为天蓝色链霉菌（Streptomyces coelicolor）—— 一种天然生产色素分子的土壤微生物的细菌，可以在不使用有毒化学添加剂的情况下实现不褪色的粉色、紫色或蓝色饰面。用这种方式染色一件 T 恤只需要 200毫升的水，相比目前的工业染色技术减少了 500 倍。

生物设计师 Natsai Audrey Chieza利用产生蓝色素的细菌来“染布”。

通过这种方式，细菌这种微生物成为了新型纺织品设计的联合创作者。设计师不再具体说明最终产品的所有设计细节，而是为微生物创造了合适的生长环境，然后让微生物来创造最终的设计样式。

调整 pH 值，颜色逐渐由粉色变为蓝色。改变氧气或水分的量，强度就会随之变化。改变细胞的遗传途径，就会产生新的颜色和相应条件下的图案。这种和其他生物形成共同作者（co-authorship）的概念标志着一种设计师基本范式的转变：一种量入为出的新方式。与传统的具体说明、采购和改造模式不同，设计师要学习在有限的生物资源限制内利用生命系统去创造。

跨界艺术家@annibalesiconolfi的未来城市作品。

像这样的过程意味着由生物创造物质性（biologically derived materiality）新时代的可能。相比从自然中攫取资源的旧工业模式，这些过程让我们思考如何依靠生物学生长和繁衍能力（grow and scale）实现再工业化——提炼大自然的逻辑，利用生物学过程进行人类生产。

跨界艺术家@annibalesiconolfi的未来城市作品。

这样一种再工业化可能会迎来新的美学和技术机会，从微生物定义的图案到液体皮革（注：液体皮革是通过微生物发酵直接生产胶原蛋白等动物皮革的主要成分，再加工定型生产非屠杀动物皮革的技术）。我们可以想象在不久的将来看到微生物技术增强的建材所建造的住所，特殊设计的电子合成树叶制成的电子阅读器，或锯末木屑和生物改造过的真菌作为原材料制造的笔记本电脑。

伦敦艺术学校RCA的毕业生和发明家 Julian Melchiorri 创造的电子合成树叶，利用蚕丝蛋白质作为原材料结合植物叶绿体的光合作用原理，创造出这种可以产生氧气的合成树叶，未来会被用于太空旅行和基地当中，产生一定所需的氧气。

虽然这些生物技术的未来展示了一个鼓舞人心的远景，但实现这一未来需要的不仅仅是生物学。只有新技术还不够；围绕技术的整个系统也必须改变。使用细菌染色纺织品的技术会减少消耗水资源，避免有毒废水的产生，但是目前时尚产业的核心经济诉求并不优先考虑扩大这种新技术产生的社会影响力。支撑时尚产业的现实是“恶性竞争”的商业模式，无论花费多少人力或环境成本，就是比拼谁能更快销售更多整齐划一的商品。

此外，当一个行业真的使用生物方式时，其影响往往也是破坏性的。被迫进入工业文化的生物制造业导致了可怕的生态后果（砍伐森林、畜牧业占用林地等），如果我们只采用生物化进程而忽略了生物化限制，事情就还会继续恶化（补充说明：我的观点是人类要生物化工业，而不是工业化的生物）。因此，拓展生物学的技术以满足地球上 7,589,052,176 个人类的需求，需要我们的重新思考和重新设计整个系统，而不仅仅聚焦于可以在生物 DNA 中编码什么样的内容。

From Petri Dish to Planet 

从培养皿到星球

单个大肠杆菌的体积约为 0.7 立方微米。超过七万亿个细菌细胞密集地的聚集在一起也可以被乘在一个茶匙之中。我们需要通过训练、技术和技巧才能看清微观世界，才能接近分子尺度理解这种微小。

在实验室规模上，生物学家和工程师已经设计了可以生产药物、燃料、材料和化学品的生物体 —— 用于生产各类物质的生物资源活体，而在当今这些物质更可能来源于化石化工资源。但是，将这些生物制造过程从实验室阶段扩展到人们可以规模化使用的产品的挑战性还是很大的。尽管微生物喜好在适当的条件下呈指数增长，但将这些技术应用于工业制造系统可不仅仅是将细胞放入大桶并等待它们自由生长那么简单。

MIT Media Lab, Neri Oxman的生物制造材料。

微生物本身也没有那么顺从人类，它们不愿意轻易按照我们的要求生产人类所需。而且还有来源于在生态系统、经济系统、社会和地球的多重交叉范围内进行扩展所带来的挑战。例如，生物燃料是通过生物工业加工可再生的生物资源而得来的，但生物燃料牵扯到土地使用、政府补贴、发酵和石油价格浮动等现实问题，使得生物燃料对气候变化的影响是否真的比汽油好尚无定论。

室内垂直光照藻类培育工厂。

正如厄休拉·富兰克林（Ursula Franklin）在《The Real World of Technology》中指出的那样，“技术需要的远不止组成它的单个材料组件。技术往往涉及到组织、程序、象征、新名词、平衡，其中最重要的是，一种思维模式的转变。” 深入了解DNA、酶和微生物—甚至单个的原料组成—对扩展生物技术是必不可少的。同样，对化学工程和工艺研发、环境科学和生命周期分析、采购和供应链管理、经济和市场动态、政治和监管治理、社会文化力量、消费者需求洞察、产品设计和营销的理解也是不可或缺的。

从分子水平到全球尺度的视角，没人能一下弄清所有的事情。我们需要组织和语言来连接这些尺度和行为准则，共同努力以实现生态规范技术的必要思维模式。

对技术从业者和创造者来说，这意味着学习如何相互学习：设计师要学会微观尺度观察生物并学习在实验室培养菌类，而生物学家要学会在社会背景的尺度上的观察。如果没有从培养皿到产品尺度再到社会生产系统的协作工具，我们就会让自己冒着创造一个不会破坏创新任何事情的“破坏性”技术的风险。

跨界艺术家@annibalesiconolfi的未来城市作品。

随着生物技术的兴起和扩大，我们不仅要培养培养皿和发酵桶中的细胞，还要培养促成一个新兴产业所必需的人、组织和系统以与地球生态相融合。一场真正激进的生物工业革命将使农业牧场、生物铸造厂和工业工厂之间的界限完全模糊。在这场新的工业革命中，生物学成为规模增长的缔造者和制约者，使地球上的每一个人都能好好生活 — 当然也是在合理的限制内。

在滨江骑车的时候，我希望城市的边际线有更多的绿色和蓝色，是未来的城市文明。

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