Будьте готові до вибуху продуктивності в біотехнології

Якщо біотехнології розвиватимуться так само, як сільське господарство чи комп’ютерні технології, вони можуть змінити світ.

Незважаючи на всі наші недоліки, люди дуже добре вміють ставати кращими. Здатність удосконалювати та покращувати наші методи та технології є визначальною рисою нашого виду. Протягом тисячоліть ми знаходили ефективніші способи роботи з такими сировинними ресурсами, як деревина та метал, перетворюючи їх на інструменти та технології, які стають усе більш досконалими. Тепер, коли ми вчимося впроваджувати інновації за допомогою складних біологічних механізмів, винайдених природою, недавня історія в інших галузях показує, що темпи зростання можуть бути трансформаційними для всього, від виробництва до медицини та їжі.

Протягом тисячоліть, коли люди вперше керували ландшафтами та худобою, це було частково шляхом спостереження та відбору. Зберігається насіння від культури, яка рясно і надійно росте; віддають перевагу тваринам, які плодоносять і добре поводяться. З часом ми одомашнили види та штами, які найкраще працювали для наших потреб, і, працюючи таким чином, ми досягли межі зростання на основі знань та інструментів, доступних на той час. Століттями врожайність таких культур, як кукурудза, залишалася відносно стабільною.

Все змінилося в середині 20 століття. Досягнення в області синтетичних добрив, селекції сортів та інших інструментів сучасного сільського господарства поклали початок тривалому періоду величезного зростання продукції сільського господарства. ​​З 60 року до кінця 1938-х років світовий валовий випуск продукції зріс на 1950 відсотків — відтоді він знову подвоївся. Сьогодні в середньому по світу виробляється майже тричі стільки зерна, скільки ми могли отримати з тієї ж площі землі в 1961 році. З 1950 року збільшення більш ніж у п'ять разів у загальній врожайності кукурудзи тільки в Сполучених Штатах.

Справа по-справжньому загострилася в 1970-х роках, під час першого періоду стрімкого зростання сільськогосподарського виробництва, що отримав назву «Зелена революція». Прогрес у хімічних добривах, селекції сортів, пестицидах та інших технологіях був включений у все більш глобалізований ринок сільськогосподарських культур і товарів, що призвело до підвищення врожайності сільськогосподарських культур у всьому світі та можливості прогодувати зростаюче населення. Недавні вдосконалення були досягнуті завдяки новим технологіям, таким як робототехніка та генетичне редагування, але віддача від них зменшується. З 2011 по 2019 рік загальний обсяг світового сільськогосподарського виробництва становив на 6% менше, ніж було б якби ми зберегли ті самі темпи зростання, що й минуле десятиліття.

Це можна описати як вершину «кривої S», яка символізує зростання нових технологій, які стрімко поширюються протягом періоду інновацій і відкриттів, а потім стають рівними, коли впровадження сповільнюється та встановлюється нова «нормальна».

Ці «криві S» найчастіше асоціюються з комп’ютерними технологіями, історією, яка майже збігається з Зеленою революцією. Після перших мейнфреймів розміром із будівлю 1950-х років з’явився настільний персональний комп’ютер у 1970-х і 80-х роках, яким переважно користувалися дослідники та любителі. На початку 1990-х звичайні люди почали користуватися ними, а в середині 2000-х Інтернет став популярним, і тепер у кожного є комп’ютер у кишені.

Швидкість інновацій навколо персональних комп’ютерів, здається, зменшилася трохи зменшився після багатьох років циклів підйому та спаду. Частково це пов’язано з обмеженнями фізики — протягом багатьох років комп’ютерні чіпи ставали експоненціально меншими та швидшими, приблизно подвоюючи швидкість і зменшуючи вдвічі кожні два роки, відомий як закон Мура. Але вчені та інженери можуть лише вичавити стільки продуктивності з кінцевих матеріалів і, можливо, наближаються до своїх меж (принаймні на даний момент). Але це ще не кінець інновацій — у таких сферах, як віртуальна реальність, соціальні медіа, штучний інтелект та інші програми та підсфери, вони насолоджуються власними меншими S-кривими, можливо, меншими за дугу мікрочіпа чи персонального комп’ютера, але знову ж таки, можливо ні.

Існує також груба аналогія із сільським господарством, де уповільнення технологічного прогресу також впливає на темпи зростання, що означає вищі ціни та інші побічні ефекти. Зростання має вирішальне значення, тому докладаються всі зусилля, щоб його підтримувати. Такі компанії, як Monsanto, редагують гени сільськогосподарських культур, щоб створити стійкість до шкідників і підвищити ефективність, навіть дрібну, ніж товщина клітинної стінки, щоб досягти невеликого приросту. Навіть така невелика кількість може бути вирішальною у великих масштабах у виробництві харчових продуктів і товарів, таких як кукурудза чи соя, але загальні темпи інновацій і зростання виробництва не дають таких успіхів, як у середині минулого століття. Наступна розробка, яка може підштовхнути зростання для задоволення потреб у харчуванні, може виникнути в лабораторії, яка прагне отримати більше врожаю від запасів, як кукурудза, або вона може прийти звідкись абсолютно несподівано. Інновації часто є тим, що стимулює зростання разом із формуванням інфраструктури і ланцюжки поставок для його підтримки. Нові добрива створюють товарні ринки для таких культур, як кукурудза; менші, швидші комп'ютерні мікросхеми дозволяють майже повне поширення комп'ютерів у всьому світі; нещодавно вивчений організм створює здатність виробляти нові ферменти, матеріали чи хімічні речовини, які задовольняють потреби масового ринку набагато стійкіше, ніж статус-кво.

Дійсно, здається, що біотехнологія знаходиться на початку власної S-кривої. Біотехнологія — це вивчення та робота з живими системами, в деяких випадках навіть ставлячись до них як до комп’ютерів. Можливо, це не повинно бути сюрпризом, якщо він слідує подібній траєкторії зростання.

На цій арені рідке бродіння, яке традиційно використовує дріжджі для всього, від лимонної кислоти до спирту в промислових масштабах, може бути приблизно аналогічно кукурудзі чи персональному комп’ютеру, «уповільнюючій» технології, яка повзе до вершини своєї S-кривої. Тим часом прогрес в точне бродіння, нові та більш складні методи редагування генів та зростаюча різноманітність організмів Наука та промисловість, на яких тепер можуть вчитися та з якими можуть працювати, об’єднуються, щоб відкрити новий ландшафт інновацій для біоматеріалів, продуктів і методів виробництва. Ми лише на початку періоду відкриттів у сфері біотехнологій, і невідомо, що це може означати для способів виробництва та використання того, що нам потрібно.

Робота з біологією означає створення продуктів і процесів, які можуть бути сумісними з природою. Але важливо зазначити, що історично були наслідки масових періодів зростання після промислової революції. У сільському господарстві підвищення врожайності відбулося ціною різноманітності культур і переходу до монокультури, а також огородження компаніями що авторське право закладає або кодує їх можливе старіння в самій їхній ДНК. Ви також можете побачити це у вибуху комп’ютерних технологій, який створив найшвидше зростаючі потоки відходів в світі. Багато з нас черпають натхнення з бачення інноваторів галузі, як-от тих, хто бачив комп’ютери від ідеї до технології, що формує світ, яка змінила спосіб нашої взаємодії один з одним, або хто зумів розробити та розповсюдити засоби, що годують наш зростаючий світ. Біотехнологія також може подати приклад, не лише змінивши спосіб виробництва речей, які нам потрібні та споживаємо, але й роблячи це справедливо та в гармонії з природою.

Якщо біотехнологія зростатиме експоненціально, чи може вона змінити цей аспект інноваційного циклу? Якщо так, то незабаром ми можемо озирнутися на момент великого вибуху, коли різноманітний спектр нових продуктів і застосувань, заснованих на біології, ознаменував зміну глобальної споживчої культури до кращого узгодження з планетою.