Tam, gdzie domy się zielenią. O biobudownictwie
Na leśnej polanie wyrasta dom. Dosłownie. Na razie jeszcze jest delikatny i elastyczny, ale z czasem elementy konstrukcyjne zgrubieją, zesztywnieją, a konary i mniejsze gałęzie utworzą sklepienie nad głowami mieszkańców. Budowla zajmuje ok. 100 m2, a jej dominującym elementem jest obecnie tymczasowe rusztowanie z drewnianych paneli. Składa się ono z 13 ostrołukowych żeber o wysokości ok. 10 m, pomiędzy którymi umieszczono płyty usztywniające całą konstrukcję. Całość przypomina z daleka szkielet zauropoda czy innego przedpotopowego gada. Ale to przejściowy etap. Z czasem zauropod porośnie drzewami poprowadzonymi wzdłuż jego żeber, a wtedy we wnętrzu powstanie przytulna przestrzeń nadająca się do zamieszkania od wiosny do jesieni. Mniej więcej po 10 latach drzewa okrzepną na tyle, że panele zostaną zdemontowane.
Budowla o nazwie Fab Tree Hab powoli wyrasta pośród drzew i lasów nieopodal miasteczka New Windsor, położonego niedaleko Nowego Jorku. Jej twórcą jest Mitchell Joachim, profesor architektury z New York University i jeden z pionierów nurtu łączącego biologię z inżynierią budowlaną i materiałową. Jego Fab Tree Hab jest eksperymentem po części naukowym, a po części społecznym, bo pawilon posłuży miejscowej społeczności, która sfinansowała w połowie jego „posadzenie”, bo chyba tak należałoby określić jego zapoczątkowanie. Ma też przydać się ptakom, owadom i wielu innym małym zwierzętom. W tym celu na jego zewnętrznych ścianach ulokowano specjalne pojemniki i siatki.
To niejedyny projekt Joachima, a dokładnie rzecz biorąc – jego grupy badawczej nazywającej się Terreform One. W niej narodził się też pomysł stworzenia sanktuarium monarchów. Monarchy to wędrowne motyle północnoamerykańskie znane z sezonowych migracji, podczas których pokonują tysiące kilometrów. Jesienią odlatują na zimowiska w Meksyku, a wiosną powracają na północ. Ich liczebność jednak szybko spada z powodu intensyfikacji rolnictwa oraz wycinki lasów, w których motyle zimują. Joachim z zespołem zaprojektowali na fasadzie ośmiopiętrowego budynku specjalną konstrukcję, gdzie monarchy mogłyby przebywać przez cały rok dzięki stworzeniu im cieplarnianych warunków, czyli odpowiedniej temperatury, naświetlenia, wilgotności powietrza oraz roślin, których sokami i nektarami się żywią.
Krzesło samo urośnie
Joachim zaprosił do Terreform One artystów, biologów, chemików, informatyków i oczywiście architektów. Razem testują rozmaite pomysły na hodowanie domów bądź zamienianie ich ścian i dachów w mateczniki dla różnych gatunków roślin i zwierząt. Mimikra tych dzieł „architektury biologicznej” powinna osiągnąć taki stan zaawansowania, żeby trudno je było odróżnić od żywych organizmów. Same wyrosną i same zmienią wygląd, kolor i gabaryty. Brzmi to jak fantazja, ale Joachim nie buja w obłokach, lecz szuka konkretnych rozwiązań dla swoich szalonych idei. Jego słuchacze otwierają szeroko usta ze zdziwienia, słysząc opowieści o drzewach zamieniających się w domy czy wielkich maszynach, z których po wrzuceniu zbędnego żelastwa otrzymujemy gotowy produkt zaprojektowany wcześniej w komputerze. Tymi słuchaczami bywają też agenci FBI i przedstawiciele Departamentu Bezpieczeństwa Krajowego, sprawdzający regularnie, czy pomysły Joachima, wdrażane w życie w jego uczelnianym biolaboratorium, nie idą za daleko. „Myślą, że zamiast domu wyhodujemy nowy karabin maszynowy” – naśmiewa się naukowiec.
Jednak nie tylko detektywi kręcą ze zdziwienia głową, gdy słyszą o zamiarach stworzenia domu z żywych tkanek lub przedmiotów z biodegradowalnego plastiku, składającego się ze związków produkowanych przez grzyby, wzmocnionej celulozy (wskutek genetycznych modyfikacji) oraz keratyny. Ten plastik to najnowszy pomysł na krzesło. Mebel ma być mocny i wygodny, dopóki jest potrzebny. Potem powinien rozłożyć się i zniknąć, stając się częścią obiegu materii, która z żywej zmienia się w martwą, by znów dać życie. Domy Joachima mają także w podobny sposób umierać, gdy nadejdzie ich pora.
Każdego lata naukowiec organizuje warsztaty pod nazwą TerreFarm. Właśnie podczas takich spotkań rodzą się i nabierają kształtów takie zadziwiające pomysły jak Fab Tree Hab. Jednym z uczestników warsztatów był Oliver Medvedik, biolog z doktoratem uzyskanym na Harvard Medical School w Bostonie. Wspólnie z Joachimem założył potem Bioworks Institute – małe laboratorium zajmujące się wykorzystaniem osiągnięć biotechnologii do produkcji nowych materiałów na potrzeby architektury biologicznej. Na początek Medvedik przedstawił makietę nowego obiektu muzealnego dla Nowego Jorku, którą wyhodował z grzybów.
Grzybowe domy na Marsie
Coraz więcej badaczy eksperymentuje z wykorzystaniem grzybni do różnych celów, np. do wyrobu kompozytów. Składa się ona głównie z włókien zwanych strzępkami, które działają jak naturalne spoiwo, rozrastając się i tworząc ogromne sieci. Rosną, konsumując składniki odżywcze pochodzące m.in. z odpadów rolniczych i jednocześnie wiążąc się z tymi odpadami. Działają więc jak naturalny samoorganizujący się klej. Cały proces opiera się na wzroście biologicznym, a nie na tradycyjnych energochłonnych technologiach produkcyjnych. Potencjał grzybni jako materiału budowlanego po raz pierwszy zaprezentowano w 2014 r. na dziedzińcu Museum of Modern Art w centrum Manhattanu. Stanęła tam wieża Hy-Fi z cegieł grzybowych, zbudowana przez grupę biologów i architektów z The Living. Zainspirowali się oni pomysłem holendersko-amerykańskiej firmy innowacyjnej Ecovative, która zajęła się opracowaniem z grzybni opakowań do butelek wina. Wieża składała się z 10 tys. cegieł i miała 12 m wysokości.
Biocegła nie ma takiej wytrzymałości jak tradycyjna, jest za to znacznie lżejsza. Średnio nadaje się do budowy domów, za to można ją wykorzystać tam, gdzie nie występują duże obciążenia, np. do izolacji czy postawienia ścianki działowej. Grzybowe kompozyty są też trwałe i naturalnie ognioodporne. Dają się łatwo uformować w różne kształty. Przede wszystkim jednak okazują się przyjazne dla środowiska – biodegradowalne oraz ujemne pod względem emisji dwutlenku węgla, co oznacza, że podczas ich produkcji większe ilości węgla są pochłaniane z atmosfery niż do niej emitowane. Wspomniana już firma Ecovative otrzymała ostatnio zamówienie na wykonanie (wyhodowanie?) elewacji kilku budynków mieszkalnych w miejscowości West Oakland w Kalifornii.
Co tam Kalifornia. Przed specjalistami od grzybni rysuje się większe wyzwanie. Biolożka Lynn Rothschild, ekspertka od biologii syntetycznej ze Stanford University, od dwóch dekad ma drugi etat w należącym do NASA ośrodku Ames Research Center. Kilka lat temu stanęła na czele projektu „Mycotecture Off Planet”, którego celem jest opracowanie metody hodowli domów z grzybni na potrzeby pierwszych kolonii księżycowych i marsjańskich. Fantastyka naukowa często przedstawia naszą przyszłość na Marsie i innych planetach jako rządzoną przez maszyny, ale rzeczywistość może okazać się bardziej „zielona”. Projekt zakłada, że wraz z ludźmi poleci na inny glob uśpiona grzybnia, która przetrwa długą podróż. Na miejscu po dodaniu wody rozrośnie się wokół konstrukcji, tworząc w pełni funkcjonalną załogową bazę pozaziemską. Nie chodzi tu tylko o dach nad głową, ale o miejsce zaspokajające wszystkie podstawowe potrzeby astronautów. Rothschild zaprosiła więc do współpracy architektów, biologów różnych specjalności, chemików, biochemików i inżynierów materiałoznawców. W jej laboratorium trwa nieskrępowane eksperymentowanie z materiałami, kształtami i strukturami.
Efektem tych prób i poszukiwań jest wstępny projekt trójwarstwowej kopuły skrywającej bazę. Zewnętrzna warstwa to zamrożona woda, być może pozyskana z lokalnych zasobów Księżyca lub Marsa. Lód chroni przed promieniowaniem kosmicznym, a po roztopieniu spływa do drugiej warstwy utworzonej przez sinice, które fotosyntetyzują, wykorzystując światło słoneczne przenikające przez lodową skorupę, i produkują tlen dla astronautów oraz pożywkę dla ostatniej warstwy – grzybni. „Ta rozrasta się w dom, a po zakończeniu rozwoju zostaje, można powiedzieć, upieczona. Wysoka temperatura ją zabija. Chodzi o to, aby przywiezione z Ziemi organizmy nie zanieczyściły innego globu. Pozostaje natomiast sztywna skorupa mieszkalna – trwała i wytrzymała” – tłumaczy badaczka. Choć ta wizja wydaje się dość odlotowa, pod koniec ub.r. Rothschild dostała 2 mln dol. na kontynuowanie swoich badań. Mają się zakończyć w 2027 r. przedstawieniem gotowego biokompozytu z grzybni, który miałby też zapewnić astronautom osłonę przed promieniowaniem kosmicznym.
Fotosyntetyzujące ściany z sinicami
Zwróćmy uwagę, że poza grzybami ważną rolę do odegrania w tej kosmicznej koncepcji ma jeszcze jedna grupa organizmów, czyli sinice. Być może w tym celu Rothschild powinna się skontaktować z autorami niedawnej publikacji w czasopiśmie „Nature Communications”. Oni także szukają w biologii inspiracji dla budownictwa przyjaznego dla środowiska. „Domy i miasta przyszłości, zamiast być utrapieniem dla przyrody, wtopią się w nią prawie jak żywe istoty” – mówi główny autor pracy Mark Tibbitt z ETH Zürich. Jego marzeniem jest zaprojektowanie budynków z fasadą, która oczyszcza powietrze i usuwa z niego dwutlenek węgla. Publikacja opisuje materiał budowlany zawierający… sinice umieszczone w hydrożelu wytworzonym przy pomocy drukarki 3D. Substancja ta ma wspomagać ich wzrost.
Jednokomórkowce do szczęścia potrzebują światła słonecznego oraz słonej wody. Ponieważ taki „żywy” materiał wychwytuje z powietrza znacznie więcej węgla, niż sam potrzebuje do wzrostu, nadwyżki są wbudowywane w minerały węglanowe. W rezultacie sinice stają się twórcami budowli, początkowo delikatnej i miękkiej, ale wraz z odkładaniem się minerałów formujących wapienną skałę nabierającej twardości i sztywności. Takimi właśnie umiejętnościami budowlanymi wykazały się mikroorganizmy podczas trwającego 400 dni eksperymentu. Wcześniej Tibbitt z zespołem spędził wiele lat na poszukiwaniu odpowiedniej formuły hydrożelu, w którym mogłyby żyć sinice. Hydrożele to „galaretki” składające się z polimerów i zawierające duże ilości wody. W tym przypadku szukano materiału przenikliwego dla światła, dwutlenku węgla, słonej wody oraz substancji pokarmowych. Wielodniowy test potwierdził, że jest to możliwe. Naukowcy oczywiście planują dalsze badania, a na razie ich żywą budowlę z sinicami można oglądać do listopada na Międzynarodowym Biennale Architektury w Wenecji.
Na tym samym Biennale, tylko kilka lat wcześniej, architekt Philip Beesley, który także lubi eksperymentować z naukowcami, przekształcił kanadyjski pawilon w sztuczny las utkany z przezroczystej nici akrylowej. W tej nici umieścił dziesiątki tysięcy maleńkich czujników ruchu i dotyku. Reagowały one na zbliżających się ludzi, poruszały fragmentami instalacji, na którą składały się struktury o nieoczywistych kształtach: kandelabry zwisające z łukowatych zwieńczeń, gałęzie drzew, stalagmity, rafy koralowe. Wszystko to ożywało na powitanie człowieka, posłuszne instrukcjom płynącym z komputera. Beesley, który jest także profesorem na University of Waterloo, nazwał swoje dzieło „glebą hylozoiczną”. Nawiązał w ten sposób do poglądu popularnego wśród starożytnych filozofów greckich, że cała ziemska materia jest ożywiona. Pierwiastek życia – dowodzili oni – tkwi nie tylko w zwierzęciu czy roślinie, ale także w kawałku skały, rzece bądź podmuchu wiatru. „Gleba hylozoiczna” oddychała niczym roślina, pochłaniając dwutlenek węgla emitowany przez ludzi znajdujących się we wnętrzu misternej konstrukcji.
Dokładnie rzecz biorąc, oddychały pęcherzyki kwasu tłuszczowego zwane protokomórkami. Tak zaprogramowali je naukowcy z Syddansk Universitet w Odense w Danii. Przyspieszona kariera protokomórek zaczęła się dwie dekady temu od słynnych badań noblisty Jacka Szostaka. W serii publikacji wskazał drogę do uzyskania w laboratorium najprostszej formy życia, czyli właśnie protokomórki. Szostak założył, że da się ją zbudować tylko z dwóch rodzajów substancji chemicznych. Pierwszą byłyby kwasy tłuszczowe tworzące błonę, która izoluje wnętrze prymitywnego organizmu od otoczenia, drugą – ukryty w środku kwas nukleinowy, będący nośnikiem informacji genetycznej. Wkrótce ruszyła seria eksperymentów mających potwierdzić hipotezę protokomórki. Szostak pokazał, że kwasy tłuszczowe formują w wodzie pęcherzyki, które rosną i dzielą się niczym żywe organizmy. W probówkach obserwowano także, jak do pustego początkowo bąbla przenikają w sprzyjających warunkach maleńkie nukleotydy, które następnie łączą się w łańcuchy kwasu nukleinowego.
Szostak próbował tchnąć życie w pęcherzyki tłuszczu, a inni badacze sprawdzali, do czego mogłyby się one przydać, i w końcu tak je zmodyfikowali, że zaczęły pobierać z otoczenia dwutlenek węgla, a jako produkt uboczny wydzielały węglan wapnia – skałotwórczy minerał. Tymi właśnie doświadczeniami zainteresowali się architekci, kreując wizje budownictwa protokomórkowego: domów wyłapujących dwutlenek węgla, oczyszczających powietrze z toksyn czy też wykorzystujących światło słoneczne do produkcji biopaliw. Na razie kończy się na eksperymentach artystycznych takich jak „gleba hylozoiczna”, w których zacierają się granice między chemikami i artystami, ale jedni i drudzy wierzą, że na końcu pogodzą naturę z człowiekiem – na Ziemi, a może i na Marsie.