Hvis nanomotorer er designet, hvorfor ikke biomotorer?
Av David Coppedge; 18. juli 2022. Oversatt herfra.

Hvis ingeniører vet hvor mye anstrengelser som ligger i å lage et objekt spinne, som bare er noen få nanometer bredt, skulle man tro de ville stå i ærefrykt for biomolekylære maskiner som gjør mye mer - maskiner som utfører funksjoner og er koblet til signaltransduksjons-veier og kan reprodusere seg selv. Ville det ikke være en forfriskende forandring å få dem til å innrømme at biologiske motorer virker intelligent utformet?
Se den nye nanomotoren bygget av ingeniører ved University of Texas i Austin. Det går rundt, og rundt... og rundt -lenke.
-Den nye motoren er mindre enn 100 nanometer bred, og den kan rotere på et solid underlag under belysning. Den kan tjene som en drivstoff- og girfri motor for å konvertere lys til mekanisk energi for ulike faststoff mikro-/nano-elektromekaniske systemer. [Understreking lagt til.]


ATP-motorATP-syntase er imidlertid nesten en størrelsesorden mindre, og den gjør mye mer enn å rotere. Den dreier en veivaksel som bygger tre ATP-molekyler per omdreining, som kjører på protoner. Den er forankret til mitokondriemembranen hos dyr og kloroplastmembranen hos planter. En plantes 'drivstofffrie' nanomaskiner går også på lys. Og Brownsk bevegelse bremser den ikke, slik UT-ingeniørene måtte bekymre seg for.
"Nanomotorer hjelper oss til nøyaktig å kontrollere nanoverdenen og lage nye ting vi ønsker for vår virkelige verden." sa Jingang Li, PhD-utdannet fra Zhengs gruppe og hovedforfatter av denne studien.
Biologiske maskiner er en del av den virkelige verden, er de ikke? Er Dr Jingang Li klar over at billioner av roterende motorer snurrer i hans egen kropp mens han snakker? Publisisten gir litt ære til biologi:
Grunnen til at forskere er så forelsket i å lage disse bittesmå motorene er fordi de etterligner noen av de viktigste biologiske strukturene. I naturen driver disse motorene delingen av celler og hjelper dem å bevege seg. De kombineres for å hjelpe organismer med å bevege seg.


Ok. Men tidligere sa Jinangs førsteamanuensis: "Livet startet i vannet og beveget seg til slutt på land" - antagelig helt av seg selv. Hvis UT-teamet virkelig ønsket å etterligne biologiske maskiner, hvorfor ikke kaste noen kjemiske elementer i vann og vente i noen milliarder år på at det skal bevege seg på land?

Billig imitasjon
I New Scientist skryter en reporter av at en "liten nanoturbin er en autonom maskin som er mindre enn de fleste bakterier." Kreditt gis til et roterende enzym (antagelig ATP-syntase) for inspirasjonen:
Cees Dekker ved Delft University of Technology i Nederland og hans kolleger skapte turbinen etter å ha blitt inspirert av et roterende enzym som hjelper til med å katalysere energilagrende molekyler i cellene våre. De ønsket å bygge en molekylær maskin som på samme måte kunne utføre arbeid, som å tilføre energi til biologiske prosesser eller flytte andre molekyler, uten å måtte dyttes eller manipuleres gjentatte ganger på noen måte.
Deres lille nanoturbin, bare 25 nm i diameter, kan trekke ut energi fra saltvann og rotere med 10 rpm. Artikkelen nevner ikke at ATP-syntase er halvparten så stor og kjører med opptil 6000 rpm, uten problemene med tilfeldige termiske svingninger som gjør nanoturbinen deres vanskelig å kontrollere.
"Dette er ikke så annerledes enn en motor du har i bilen," sier Dekker. "Du setter i bensin, du får mekanisk arbeid. Med nanoturbinen tilsetter du saltblandingen, du får mekanisk arbeid, nemlig rotasjoner." Forskerne fant også ut at de kunne drive turbinen ved å utsette den for elektrisk spenning eller få rennende vann til å snu den omtrent som vindmøller.
Disse strukturkjemikerne vet sikkert at biler er intelligent utformet. Hvorfor nøler det med å si at overlegen ingeniørdesign finnes i de biologiske motorene som inspirerte dem?

Bedre enn naturen?
Nyheter fra University of California, Riverside, hevder å ha overvunnet naturen. Forskere der sier at de har bygget "kunstig fotosyntese" som kan være mye mer effektiv til å forbedre avlingene enn biologisk fotosyntese:
Fotosyntese har utviklet seg i planter i millioner av år for å omdanne vann, karbondioksid og energien fra sollys til plantebiomasse og maten vi spiser. Denne prosessen er imidlertid svært ineffektiv, med bare omtrent 1 % av energien som finnes i sollys ender opp i planten. Forskere ved UC Riverside og University of Delaware har funnet en måte å omgå behovet for biologisk fotosyntese helt og lage mat uavhengig av sollys ved å bruke kunstig fotosyntese.


Slik det er formulert, høres det ut som de bare snublet over "en måte" å forbedre naturen på. En titt på metodedelen av papiret deres i Nature Foods viser imidlertid en svært intrikat prosedyre for å forberede oppsettet: anoder, katoder, strømnings-elektrolysator og andre deler som bruker flere elementer på nøyaktig ordnede måter. Likevel lager systemet deres bare acetat (C2H3O2) - en relativt enkel forbindelse - ingenting som de komplekse karbohydratene laget av planter. Hvis visse planter kan bruke acetat til å dyrke komplekse molekyler uten fotosyntese, greit; men det er langt fra hva planter gjør på egen hånd.
Forskerne innrømmer at enheten deres var "konstruert". Det kan finne anvendelse på steder der avlingsplanter er vanskelige å dyrke, for eksempel på et romfartøy. Men å dyrke maten vil kreve den forseggjorte biokjemien i plantemaskiner; det vil ikke fungere på elektrolyse alene. For å oppfylle deres skryt, la nå ingeniørene kode molekyler som vil bygge enhetene deres fra jord og levere acetat til matplanter automatisk og i de riktige proporsjonene. Så la dem utvikle en måte å pakke koden i frø.

 

Informasjon takk
dGRNs-GrassoForskere ved Howard Hughes Medical Institute har laget en "DNA-skrivemaskin" som "tapper ut en post inne i celler." Det lar dem lagre meldinger i DNA-kode.
Mens de utviklet et nytt system for opptak i celler, bestemte genetikeren Jay Shendure og teamet hans seg for å prøve det ved å bruke det til å kode tekst. Siden oppfinnelsen deres var avhengig av et nesten helt nytt opptaksmedium, DNA, ønsket de å bruke meldinger som fremkalte en følelse av historisk betydning.

To valg var åpenbare: "Hva har Gud utrettet?", et bibelsk sitat brukt av Samuel Morse i den første langdistanse-telegrafoverføringen, og den mer dagligdagse, "Mr. Watson, kom hit!" snakket av Alexander Graham Bell til sin assistent i den første telefonsamtalen.
En linje fra Dickens ble også vurdert, men et koreansk medlem vant ved å bruke en linje fra en K-Pop-sang. Teamet håper å bruke teknikken sin til genetisk å konstruere celler som kan strekkode individuelle celler og lagre registreringer av cellens aktivitet. Men kvalifiserer ikke bokstavsekvensen i naturlig DNA som en tekst?

 

Med rette
I hvert av disse eksemplene viste molekylære ingeniører stor stolthet over deres prestasjoner, og det med rette. De vurderte hvordan de kunne brukes til beste for menneskeheten. Ikke en av dem kom imidlertid med den mest logiske slutningen at selve de biologiske cellene som inspirerte arbeidet deres også ble konstruert av design. Kanskje en dag snart vil de ikke skamme seg over å si det. Mange store vitenskapsmenn pleide å forkynne det uten å nøle.


David CoppedgeDavid Coppedge
David Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å ha delt materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte mot ham uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.


Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund