021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

جهان شگفت انگیز زندگی در یک قطره آب

Simone Bianco, Tom Zimmerman

The wonderful world of life in a drop of water

"Hold your breath," says inventor Tom Zimmerman. "This is the world without plankton." These tiny organisms produce two-thirds of our planet's oxygen -- without them, life as we know it wouldn't exist. In this talk and tech demo, Zimmerman and cell engineer Simone Bianco hook up a 3D microscope to a drop of water and take you scuba diving with plankton. Learn more about these mesmerizing creatures and get inspired to protect them against ongoing threats from climate change.


تگ های مرتبط :

Beauty, Biodiversity, Biology
تام زیمرمن: ما می‌خواهیم شما را به سفری برای دیدن موجوداتی که به آنها بزرگان می‌گوییم ببریم. ما به آنها "بزرگان" می‌گوییم زیرا نیم میلیارد سال پیش آنها مقدار اکسیژن هوا را سه برابر کردند، که به انفجار زندگی منجرشد، که به وجود همه ما منجر شد. ما به آنها "بزرگان" می‌گوییم، اما شما شاید آنها را به نام پلانکتون‌ها بشناسید. (خنده) حالا، سیمون یک فیزیک دان است و من یک مخترع هستم. دوسال پیش، من یک سخنرانی داشتم درمورد اختراعم -- و آن یک میکروسکوپ سه بعدی بود. و سیمون در میان حضار بود.
او دریافت که اختراع من می‌تواند مشکلش را حل کند. وآن این بود که چطور حرکت پلانکتون ها را در سرعت کافی سه بعدی اندازه گیری کند به طوری که بتواند با قوانین ریاضی، احساسات و رفتارهایشان را مدل سازی کند. و صراحتا من هم به یک درخواست برای اختراعم نیاز داشتم. به این ترتیب... (خنده) این مثل این بود که کره بادام زمینی، شکلات را دیده است. (خنده) بنابراین ما همکاری‌مان را با مطالعه این موجودات فوق العاده آغاز کردیم. آنگاه متوجه چیزی شدیم. چیزی که ما بخاطرش اینجا هستیم. و من فقط می‌خواهم کاری با شما انجام دهم. حالا، لطفاً نفستان را برای چند لحظه حبس کنید.
بله، واقعاً نفستان را حبس کنید. این جهان بدون پلانکتون است. می‌دانید، پلانکتون دوسوم از اکسیژن ما را بااستفاده از خورشید تولید می‌کند. خب، حالا می‌توانید نفس بکشید چون هنوز اینجا وجود دارند. فعلاً. سیمون بیانکو: همانطور که بسیاری از شما می‌دانید، از سال ۱۹۵۰ متوسط دمای سطح زمین یک درجه سانتی گراد افزایش پیداکرده است که این بخاطر کربن دی اکسیدی است که ما در هوا منتشر می‌کنیم. حالا به نظر می‌آید این افزایش دما خیلی برای ما مهم نیست، اما برای پلانکتون‌ها هست. اندازه گیری های غیرمستقیم نشان داده است که بین سال های ۱۹۵۰ تا ۲۰۱۰،
جمعیت جهانی فیتوپلانکتون‌ها به خاطر تغییرات آب وهوا ۴۰ درصد کاهش پیدا کرده است. ومی‌دانید که این یک مسئله‌ای است که باعث می‌شود ماهی‌هایی که از آن‌ها تغذیه می‌کردند از گرسنگی بمیرند. و حدود یک میلیارد انسان درجهان که منبع ابتدایی تامین پروتئین حیوانی آنها ماهی‌ها هستند. بنابراین می دانید این فقط به تنفس مربوط نیست. جهان بدون پلانکتون یعنی جهان بدون ماهی. وغذای زیادی نیازداریم تا جایگزین آن کنیم. مورد جالب دیگری هم وجود دارد. درواقع بدن اجداد پلانکتون ها از مقدار زیادی از کربنی که ما امروزه می سوزانیم را تشکیل داده است
که اگر از من بپرسید به نوعی عجیب است. زیرا پلانکتون هایی که امروزه اینجا هستند کربن را ازهوا پاکسازی می‌کنند. اما می دانید، آنها واقعاً نفرت ندارند. (خنده) مشکل این است که آنها نمی‌توانند با این حجم عظیم کربنی که ما به هوا می‌فرستیم روبروشوند. بنابراین همه این ها یعنی چه؟ خب این یعنی ردپای بزرگ کربنی ما، همین موجوداتی که ما را زنده نگه می‌دارند را له می‌کند. وبله، همانطور که تام گفت، کشتن این موجوداتی که به ما اجازه نفس کشیدن می‌دهند خیلی مهم است. بنابراین شما از خودتان می‌پرسید:
چرا ما هیچ کاری نمی‌کنیم؟ فرضیه ما این است که پلانکتون ها خیلی ریز هستند، و واقعا واقعا سخت است که از چیزی مراقبت کنیم که نمی‌توانیم ببینیم. می‌دانید، یک نقل قولی در کتاب شازده کوچولو هست که خیلی دوستش دارم، می گوید:"چیزی که مهمه به چشم دیده نمیشه." ما واقعاً معتقدیم که اگر افراد بیشتری با پلانکتون‌ها مواجه شوند، احتمال بیشتری وجود دارد که همه ما بتوانیم باهم متحد شویم واین موجوداتی را که برای زندگی دراین سیاره بسیار مهم هستند را نجات نجات دهیم. تام زیمرمن: دقیقا، سیمون. بنابراین برای انجام این کار، ما قصد داریم برای شما غواصی با پلانکتون را فراهم کنیم.
اما من فقط باید شما را ۱۰۰۰ بار کوچکتر کنم، به اندازه ای که قطر یک تار موی انسان به اندازه دست من است. واز قضا دستگاهی اختراع کرده‌ام که دقیقاً همین کار را می‌کند. سیمون بیانکو: کسی اینجا فیلم "سفر معجزه آسا" یا"فضای درون"را به خاطر دارد؟ بله بله. مارتین شورت یکی از بازیگرانی است که همیشه موردعلاقه من بوده. و حالا این دقیقاً مانند همان است. تام زیمرمن: قطعاً، بله. وقتی بچه بودم فیلم "سفرمعجزه آسا" را دیدم، و واقعاً دوست داشتم که چطور می‌توانم از طریق جریان خون سفر کنم و کار زیست شناسی را در سطح سلولی ببینم. من همیشه از داستان‌های علمی تخیلی الهام گرفته‌ام.
به عنوان یک مخترع، تلاش می‌کنم‌ و خیال را به واقعیت تبدیل می‌کنم. و یک روز دستکشی اختراع می‌کنم که بتوانم سفر کنم و به مردمی مثل شما کمک کنم تا جهان مجازی را کاوش کنید. بنابراین من این دستگاه را اختراع کردم که به ما این امکان را می‌دهد تا جهان میکروسکوپی را کاوش کنیم. مجازی نیست، واقعی است. فقط بسیار، بسیار ریز. این براساس میکروسکوپی است که توجه سیمون را جلب کرده است. بنابراین نحوه کارش اینگونه است. من یک حسگر تصویر پشت لنز، مانند چیزی که در تلفن های همراه شما است دارم. و یک ظرف کوچک از پلانکتون ها دراختیار دارم مانند چیزی که ممکن است شما در رودخانه
یا آکواریوم من که هیچ وقت آب آن را عوض نمی‌کنم پیدا کنید. (خنده) چون من عاشق پلانکتون ها هستم. (خنده) و در زیر من یک چراغ قرار دادم، یک LED، که قرار است سایه پلانکتون‌ها را بر حسگر تصویر بیندازد. و حالا این شیء نقره ای یک رسام XY است، بنابراین من می‌توانم حسگر تصویر را حرکت بدهم تا پلانکتون‌ها را همانطور که شنا می‌کنند دنبال کنم. حالا قسمت خیالی رسیده است. (خنده) من یک سنسور شیب روی این کلاه ایمنی قرار می‌دهم تا بتوانم میکروسکوپ را با سر کنترل کنم.
و حالا از حسگر تصویر، این ویدیو را نگاه کنید. اینها همه پلانکتون هستند. اینجا همان ظرف کوچک است، و با حرکت سر می‌توانم میکروسکوپ را حرکت بدهم. حالا آماده‌ایم که به غواصی با پلانکتون‌ها برویم. سر من ناوبر و سیمون راهنمای تور می‌شود. سیمون بیانکو: بله. (خنده) همه به جهان شگفت انگیز یک قطره آب خوش آمدید. درواقع همانطور که با این وسیله می‌بینید، ما به تنها یک قطره ختم نمی‌شویم. بسیار خوب، بیایید چیزی پیدا کنیم. موجودات کوچکی که در مرکز صفحه نمایشگر می‌بینید،
روتیفایر نام دارند. آنها زباله روب‌های آبهای ما هستند. آنها مواد آلی را تجزیه می‌کنند تا توسط محیط احیا شوند. حالا می دانید، طبیعت یک بازیافت گر شگفت انگیز است. ساختارها مدام ساخته می‌شوند، آنها تجزیه می‌شوند و بازیافت می‌شوند و انرژی خورشید به این فرایندها نیرو می‌بخشد. اما فقط فکرکنید. فکر کنید چه اتفاقی می‌افتاد اگر زباله روب‌های ما دیگر نمی آمدند، اگر آنها ناپدید می‌شدند. یک چیز دیگر؟ بیایید چیز دیگری را جستجو کنیم. اوه، به آن نگاه کنید. آن اشیاء بستنی قیفی مانند را می‌بینید؟
آنها استنتنور هستند. آنها موجودات شگفت انگیزی هستند. می‌دانید، آنها بزرگ هستند اما تک سلولی هستند. روتیفرهایی را که کمی پیش دیدیم به یاد می‌آورید؟ آن یکی حدود نیم میلی متر است، حدود ۱۰۰۰ سلول -- این اندازه ۱۵ برای مغز، ۱۵ برای شکم، و می‌دانید، حدود همین اندازه برای تولید مثل است، که اگر ازمن بپرسید، نوعی ترکیب مناسب است. (خنده) اما ... درست است؟ تام زیمرمن: موافقم. سیمون بیانکو: اما یک استنتور تنها یک تک سلولی است. و قادر است محیط خود را حس کند و واکنش نشان دهد. می‌دانید وقتی خوشحال است به جلو حرکت می‌کند؛
وقتی درحال فرار از چیزی مانند یک ماده شیمیایی سمی است به عقب شنا می ‌کند. با دوستانمان در مرکز ساخت سلولی و کمک بنیان علمی ملی، ما از استنتورها استفاده می‌کنیم برای اینکه به حضور آلودگی در غذا وآب پی ببریم. فکر می کنم واقعا جالب است. بسیار خوب، آخرین. پس نقطه هایی که آنجا می‌بینید، اجازه دهید بگویم، قبل از هرچیز، آنها جلبک هستند. آنها موجوداتی هستند که بخش اعظم اکسیژن هوا را فراهم می‌کنند. آنها نور خورشید و کربن دی اکسید را به اکسیژن که همین الان ریه‌های شما را پر کرده است تبدیل می‌کنند. بنابراین می‌دانید ماهمه تنفس جلبکی داریم.
تام زیمرمن: (آه کشیدن) سیمون بیتانکو:هورا! (خنده) می‌دانید، یک چیز جالب وجود دارد. حدود یک میلیارد سال قبل، گیاهان قدیمی، توانایی فتوسنتز خود را با جا دادن پلانکتون‌های بسیار ریز در سلول های خود بدست آوردند. دقیقا مانند پنل‌های خورشیدی است که روی سقف‌ها می‌گذاریم. بنابراین می‌دانید، جهان میکروسکوپی حتی از داستان‌های علمی تخیلی حیرت آورتر است. تام زیمرمن: اوه، دقیقا. پس حالا می‌دانید پلانکتون‌ها چقدر برای زندگی ما حیاتی هستند و چقدر ما به آنها نیاز داریم. اگر ما پلانکتون‌ها را بکشیم از خفگی یا گرسنگی می‌میریم، انتخاب با شماست.
اوه بله، من می‌دانم ناراحت کننده است، بله. (خنده) در بازی پلانکتون‌ها یا برنده می‌شوید یا می‌میرید. (خنده) حال چیزی که مرا شگفت زده می‌کند این است که بیشتر از یک قرن است درباره گرمای جهانی فهمیده ایم. از آن وقت تاکنون دانشمند سوئدی، آرهنیوس، تاثیرات سوزاندن سوخت‌های فسیلی بر دمای زمین را اندازه گیری کرده است. ما مدت زیادی است که درباره این می‌دانیم اما اگر حالا هم کاری کنیم دیر نیست. بله، بله، می‌دانم، می‌دانم، دنیای ما به سوخت‌های فسیلی وابسته است، اما ما می‌توانیم جامعه خود را با ادامه زندگی با انرژی‌های تجدید پذیر از خورشید
سازگار کنیم تا آینده‌ای قابل تحمل‌تر و امن‌تری بسازیم. این برای موجودات کوچکی که اینجا هستند، پلانکتون‌ها و همچنین برای ما خوب است. دلیلش این است. نگرانی های بزرگ انسانهای کل زمین معمولا سه چیز است: کار، خشونت و سلامتی. کار یعنی غذا و سرپناه. به این موجودات نگاه کنید، آنها به هرطرف شنا می‌کنند، آنها به دنبال جایی برای غذا و تکثیر می‌گردند. اگر یک سلول برای اینکار برنامه ریزی شده است تعجبی ندارد که ۳۰ تریلیون سلول دیگر هم همین برنامه را داشته باشند. خشونت. وابستگی به سوخت های فسیلی یک کشور را آسیب پذیر می‌کند. که تماما به کشمکش بر سر منابع نفت می‌انجامد.
و از طرف دیگر انرژی خورشید در کل زمین پخش می‌شود و هیچ کس نمی‌تواند جلوی خورشید را بگیرد. (خنده) و در نهایت سلامتی. سوخت‌های فسیلی، سیگار زمین هستند. و به نظر من زغال سنگ مانند‌ نوع بدون فیلترش است. حالا مانند سیگار کشیدن بهترین زمان برای ترک آن چه موقع است؟ حضار: حالا. تام زیمرمن: حالا! نه وقتی سرطان ریه گرفتید. حالا می‌دانم اگربه اطراف خودنگاهی بیندازیم بعضی افراد حقایق و دلایل را رها می‌کنند. فقط تا زمانی که عذاب بکشند. (خنده) بله آنها حقایق و دلایل را رها می‌کنند.
اما در نهایت و به ناچار، رنج و عذاب، تغییر را تحمیل می‌کند. اما بیایید درعوض آن از قشر مخ، یعنی مغز جدیدمان استفاده کنیم تا "بزرگان"، تعدادی از پیرترین موجودات روی زمین را نجات دهیم. و بیایید علم را بکار ببریم تا انرژی‌ای را که "بزرگان" را که میلیونها سال است سوخت رسانی می کند تحت کنترل درآوریم -- خورشید. سپاسگزارم. (تشویق)
Tom Zimmerman: We'd like to take you on a fantastic journey to visit the creatures we call the Elders. We call them the Elders because a half a billion years ago they tripled the amount of oxygen in the air, which led to an explosion of life, which led to all of us. We call them the Elders, but you probably know them as plankton. (Laughter) Now, Simone is a physicist, and I'm an inventor. A couple of years ago, I was giving a talk about an invention I made -- it was a 3D microscope. And Simone was in the audience.
He realized that my microscope could solve a big problem he was having. Which was, how to measure the movement of plankton in 3D fast enough so he could mathematically model their sensing and behavior. And I frankly needed an application for my microscope, so ... (Laughter) It was like peanut butter meets chocolate. (Laughter) So we started working together, studying these amazing creatures. And then we were alarmed to discover something. And that's why we're here today. And I just want to do something with you. Now, please, just hold your breath for a second.
Yes, literally hold your breath. This is the world without plankton. You see, plankton generate two-thirds of our oxygen using the sun. OK, now you can breathe, because they're still here. For now. Simone Bianco: As many of you know, since 1950, the average surface temperature of the earth has increased by one degree Centigrade due to all the carbon dioxide we are pumping into the air. Now, while this temperature increase may not seem like a big deal to us, it is to plankton. Indirect measurements have shown that the global phytoplankton population
may have decreased by as much as 40 percent between 1950 and 2010 because of climate change. And you see, this is a problem also because it's starving the fish that eat them. And about a billion people around the world depend on fish as their primary source of protein from animals. So you see, this isn't just about breathing. No plankton means no fish. And that is a lot of food we will need to replace. There's something else that is interesting. The bodies of plankton's ancestors actually make up a for lot of the carbon we burn today.
Which is kind of ironic, if you ask me. Because the plankton that are here today clean that carbon out of the air. But you see, they don't really hold a grudge. (Laughter) The problem is they cannot keep up with the tremendous amount of carbon we are dumping into the air. So what does all of this mean? Well, it means that our big carbon footprint is crushing the very creatures that sustain us. And yes, like Tom said, killing almost half of the creatures that allow us to breathe is a really big deal. So you're probably asking yourself:
Why aren't we doing something about it? Our theory is that plankton are tiny, and it's really, really hard to care about something you cannot see. You see, there's a quote I really like in "The Little Prince" that goes, "What is essential is invisible to the eye." We really believe that if more people could come face to ... cilia with plankton, there is a greater chance we could all rally together and save these creatures that are so important to life on our planet. TZ: Exactly, Simone. So to do this, we're going to bring you scuba diving with plankton.
But I just need to shrink you by a factor of 1000, to a scale where the diameter of a human hair is as big as my hand. And I happen to have invented a machine to do just that. SB: Anyone here remember "Fantastic Voyage" or "Innerspace?" Yeah, yeah. Martin Short is one of my all-time favorite actors. And now this -- this is just like that. TZ: Indeed, yes. When I was a boy, I saw "Fantastic Voyage," and I really loved how I could travel through the bloodstream and see biology work on a cellular level. I've always been inspired by science fiction.
As an inventor, I try and turn fantasy into reality. And I once invented this glove which let me travel and help people like you explore the virtual world. So now I've invented this machine to let us explore the microscopic world. It's not virtual, it's real. Just really, really tiny. It's based on the microscope that got Simone's attention. So, here's how it works. I have an image sensor like the kind in your cell phone, behind the lens. And then I have a little tray of plankton water like you might find from a river
or my fish tank, which I never change the water on. (Laughter) Because I love plankton. (Laughter) And underneath I have a light, an LED, which is going to cast shadows of the plankton on the image sensor. And now this silver thing is an XY plotter, so I can move the image sensor to follow the plankton as they swim. Now comes the fantasy part. (Laughter) I put a tilt sensor on this helmet so I can control the microscope with my head. And now let's look at the video from this image sensor.
These are all plankton. This is in that little tray, and with my head, I can move the microscope. So now we're ready to go scuba diving with plankton. My head will be the navigator, and Simone will be our tour guide. SB: Yes. (Laughter) So welcome all to the wonderful world of life in a drop of water. Actually, as you can see, with this instrument, we are not at all limited to a single drop. Alright, let's find something. The little creatures you see in the center of your screen,
they are called rotifer. They are the garbage collectors of our waters. They break down organic matter and allow it to be reclaimed by the environment. Now, you know, nature is an amazing recycler. Structures are continuously built, they are decomposed and recycled, and all of that is powered by solar energy. But just think. Think about what will happen if, you know, our garbage collectors didn't come anymore, if they disappeared. Something else? Let's look for something else. Oh, look at that. You see the big ice-cream-cone-shaped things?
Those are called Stentor, those are amazing creatures. You know, they are big, but they are a single cell. You remember the rotifer we just met? That's about half a millimeter, it's about 1,000 cells -- it's typically 15 for the brain, 15 for the stomach and you know, about the same for reproduction, which is kind of the right mix, if you ask me. (Laughter) But ... right? TZ: I agree. SB: But a Stentor is only a single cell. And it's able to sense and react to its environment. You see, it will swim forward when it's happy;
it will swim backward when it's trying to get away from something like, you know, a toxic chemical. With our friends in the Center for Cellular Construction and the help of the National Science Foundation, we are using Stentor to sense the presence of contamination in food and water, which I think is really cool. Alright, last one. So the dots that you see there that are, let's say, behind everything, they're algae. They are the creatures that provide the majority of oxygen in the air. They convert solar light and carbon dioxide into the oxygen that is filling your lungs right now.
So you see, we all got algae breath. TZ: (Exhales) SB: Yay! (Laughter) You know, there's something interesting. About a billion years ago, ancient plants got their photosynthesis capability by incorporating tiny, tiny plankton into their cells. That's exactly like us putting solar panels on top of our roofs. So you see, the microscopic world is even more amazing than science fiction. TZ: Oh, indeed. So now you've seen how vital plankton are to our lives and how much we need them. If we kill the plankton, we will die of asphyxiation or starvation, take your pick.
Oh, yes, I know it's sad, yes. (Laughter) In the game of plankton, you win or you die. (Laughter) Now, what amazes me is, we have known about global warming for over a century. Ever since the Swedish scientist, Arrhenius, calculated the effect of burning fossil fuel on the earth's temperature. We've known about this for a long time, but it's not too late if we act now. Yes, yes, I know, I know, our world is based on fossil fuels, but we can adjust our society to run on renewable energy from the Sun to create a more sustainable and secure future.
That's good for the little creatures here, the plankton, and that good for us -- here's why. The three greatest concerns of people all around the globe typically are jobs, violence and health. A job means food and shelter. Look at these creatures, they're swimming around, they're looking for a place to eat and reproduce. If a single cell is programmed to do that, it's no surprise that 30 trillion cells have the same agenda. Violence. Dependence on fossil fuels makes a country vulnerable. Which leads to conflicts all around the oil resources.
Solar energy, on the other hand, is distributed around the whole globe, and no one can blockade the sun. (Laughter) And then, finally, health. Fossil fuels are like a global cigarette. And in my opinion, coal is like an unfiltered type. Now, just like smoking, the best time to quit is when? Audience: Now. TZ: Now! Not when you get lung cancer. Now I know if you look around, some people may abandon facts and reason. Only until suffering -- (Laughter) Yes, they will abandon facts and reason.
But suffering will eventually and inevitably force change. But let's instead use our neocortex, our new brain, to save the Elders, some of the oldest creatures on the earth. And let's apply science to harness the energy that has fueled the Elders for millions of years -- the sun. Thank you. (Applause)