AskNature:我们如何建立弹性的粮食系统?

海冰硅藻
北极探险2002年,罗尔夫Gradinger,NOAA / OER。
海冰硅藻含有阻止冰晶刺穿细胞的蛋白质。我们能在制造设计中模仿这种结构吗?

以下是从仿生学研究所改编的Ask的策略和产品,灵感来自于大自然性质类别,以应对21世纪最伟大的设计挑战。找出这里完全收集

健康的生态系统,因为他们可用的资源的高产。他们生产粮食的物种丰富,提供授粉服务,过滤器和分配水,养分循环,为今后的收获,包装和运输货物提供种子和适应变化的条件。这些都是我们想要和需要我们自己的粮食系统做所有的事情。和生态系统合作,节能的方式实现这些结果。

这个系列突出了生物策略,可以为如何提高我们的粮食系统的灵感。仔细看,你会看到如何应用这些策略,无论是直接还是比喻,可能导致改善土壤质量,更好的包装,减少腐败,更有效的反馈回路,更高效的粮食生产和分配技术。

联合国预测,世界人口到2050年,我们将怎样养活未来人口达到9十亿?以下三种策略提供了灵感。

1.能在低温条件下生长的蛋白质

总结

海冰硅藻是单细胞藻类生活在极其寒冷,水生环境,包括北极和南极的海冰。在这种恶劣的环境下,他们已经开发机制,以保护自己免受温度,盐度和光的极端。一种这样的机制是细胞外冰结合蛋白。

通过海冰硅藻排泄细胞外冰结合蛋白赞同和结合小,生长冰外面海冰硅藻的保护性外层的晶体。虽然确切的结合机制是未知的,但据信在冰结合蛋白充当互补件冰晶在三维拼图。

冰结合蛋白将小冰晶锁在适当的位置,从而阻止它们重新排列成更大的冰晶。这种将小冰晶重新排列成大冰晶的过程(称为冰晶再结晶)是自发发生的,是冰晶生长的自然组成部分。

冰再结晶是细胞死亡的在冷冻温度下的主要机制。虽然可以在细胞表面存在的小冰晶,而不会引起细胞死亡,大冰晶不能。大冰晶,形成当相邻小冰晶连接在一起并赞同在同一方向上,作为刀到细胞中。大冰晶强大足以迫使他们的方式在小区之间和穿刺细胞的保护性外层。该单元的内部,当暴露于冷冻温度,模具。细胞外冰结合蛋白防止大冰晶的形成,并因此可用于嵌入在冰海冰硅藻的生长和存活所必需的。

仿生产品和应用思路

应用思路:耐冷冻解决方案来保护作物霜冻条件。通过防止土壤冻结在寒冷的气候延长生长期代理。提高存储的冷冻食品。耐冷冻油漆,涂料,粘合剂,路面和混凝土。改进技术冷冻。改进的绝缘设备,服装,或建筑物。

有兴趣在此战略工业部门(S):农业、林业和渔业;制造;建设;betway必威娱乐运输和存储;专业、科技活动;人类健康和社会工作活动。

2.觅食蚂蚁对其他蚂蚁的速度和效率做出反应

总结

在蚁群,每只蚂蚁都有特定的角色。在叶刀片种类,觅食蚂蚁的任务是收集叶片段并使它们返回到菌落。

有人可能会认为一个觅食会收集尽可能大的有效载荷。然而,高负载也没有显示出导致更有效的运输。相反,觅食一般携带远低于其最大潜能的负荷。更易于管理的工作量处理器蚂蚁,和其他觅食的速度:负荷大小是由两个因素的影响。

当征粮回到殖民地,他们通过自己的负载处理器蚂蚁。处理器收集材料和殖民地之间分发。还有比处理器的更多觅食。如果每个觅食带来了大负荷的殖民地,处理器会通过树叶进入殖民地的量所淹没和落后。其结果是,材料不会被整个菌落及时分配。

征粮还随身携带的小负荷,以保持相对于其它蚂蚁一致的速度。觅食往返它们包含在单个文件中的行集落,也被称为单边运输。这是因为觅食的蚂蚁通过直接在他们面前继强征的化学气味旅行。就好像蚂蚁旅行下来一个车道高速公路,其中传球是非法的。由于较小负载意味着更快的觅食和更大负荷的意思是慢觅食,如果一只蚂蚁选择采取比平均负荷时它会减慢整个组。这可能对殖民地作为一个整体产生严重影响。

仿生产品和应用思路

应用思路:通过建立规模较小的地区市场,而不是大,大盒子杂货店增加平易食品。简化装配生产线,以防止一个部分从落后另一个。路交通流建模,并在高流量限制重物的行程。组织产品发货负荷最大限度地提高效率和减少能源。处理不同类型以不同的速度数据,以减少瓶颈缩。简化装配生产线,以防止一个部分从落后另一个。

有兴趣在此战略工业部门(S):农业、林业和渔业;制造;采矿和采石;建设;betway必威娱乐运输和存储;住宿和餐饮服务活动;信息和通信。

3.植物物种多样性创造长期稳定

总结

生态系统是相互作用的生物体及其物理环境的生物群落。一个健康的生态系统包括发挥类似的功能或作用多个物种。例如,多于一个物种的受精土壤和多于一个对照的在生态系统复原力一定捕食者结果种群。

这种冗余是支持生态系统的长期稳定是至关重要的,因为自然干扰 - 如火灾,疾病或气候变化 - 有时可以消除无法生存的改变整个物种。随着环境功能冗余,如果一个物种灭绝了,这提供了类似的作用另一个物种更容易能够做出反应和干扰后茁壮成长。然后,它可以采取以前优势种的场所,从而保持生态系统的弹性。

例如,考虑其中草原草地生态系统的主要食品生产厂被一场大火烧毁的情况。这在以前不太丰富的植物物种可能更适合住在新的土壤条件,因此成为服务于草原的新的主导食品生产植物物种。只要植物的次生火灾组合物填充作为预火植物群落相同的功能作用,那么草原就能够生存的火力不变。

仿生产品和应用思路

应用思路:具有较高的作物多样性创造更多的营养丰富的土壤。成长更多样化的作物如果作物失充当故障安全。通过创建和配套互补的多样性维持在农业,生态系统或组织的长期稳定性。通过支持互补维持运输系统的长期稳定性,但不同的,路线和交通类型。betway必威娱乐维持行业通过创建和支持的互补性和多样性填充类似细分市场的长期稳定。通过重叠的人才与技能多样性保持长期的组织稳定性。

有兴趣在此战略工业部门(S):农业、林业和渔业;批发和零售贸易;betway必威娱乐运输和存储;金融和保险活动;行政及支援服务活动。

本文由AskNature志愿者提供珍妮弗·劳伦斯如果你参加了仿生学研究所全球粮食挑战,这个系列提供了最初的灵感。看看相关的收藏——比如管理水能源管理自然的化学其他- 灵感到更具体的食品相关的挑战。

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