Machen Sie sich bereit für eine Produktivitätsexplosion in der Biotechnologie

Wenn die Biotechnologie demselben Wachstumspfad folgt wie die Landwirtschaft oder die Computertechnologie, könnte sie die Welt verändern.

Trotz all unserer Mängel sind Menschen sehr gut darin, besser zu werden. Die Fähigkeit, unsere Methoden und Technologien zu verfeinern und zu verbessern, ist ein bestimmendes Merkmal unserer Spezies. Seit Tausenden von Jahren haben wir effektivere und effizientere Wege gefunden, um mit Rohstoffen wie Holz und Metall zu arbeiten und sie in Werkzeuge und Technologien zu verwandeln, die immer fortschrittlicher werden. Jetzt, wo wir lernen, mit der von der Natur erfundenen komplexen biologischen Maschinerie innovativ zu sein, deutet die jüngste Geschichte in anderen Branchen darauf hin, dass die Wachstumsrate für alles von der Herstellung über die Medizin bis hin zur Nahrung transformierend sein könnte.

In den Jahrtausenden, als Menschen erstmals Landschaften und Vieh bewirtschafteten, geschah dies teilweise durch Beobachtung und Selektion. Samen einer Ernte, die reichlich und zuverlässig wächst, werden gerettet; Ein Tier, das gut produziert und sich gut verhält, wird bevorzugt. Im Laufe der Zeit domestizierten wir die Arten und Stämme, die für unsere Bedürfnisse am besten geeignet waren, und erreichten auf diese Weise die Grenzen des Wachstums, basierend auf den damals verfügbaren Kenntnissen und Werkzeugen. Über Jahrhunderte blieben die Erträge für Feldfrüchte wie Mais relativ stabil.

Mitte des 20. Jahrhunderts änderte sich alles. Fortschritte bei synthetischen Düngemitteln und der Sortenauswahl und anderen Werkzeugen der modernen Landwirtschaft leiteten eine anhaltende Periode immensen Wachstums der landwirtschaftlichen Produktion ein. ​​Die weltweite Bruttoleistung stieg von 60 bis Ende der 1938er Jahre um 1950 Prozent – ​​seither hat sie sich noch einmal mehr als verdoppelt. Heute produziert die Welt im Durchschnitt fast dreimal so viel Getreidekörner, wie wir 1961 von der gleichen Fläche bekommen konnten. Seit 1950 gibt es a mehr als verfünffacht in den gesamten Maiserträgen allein in den Vereinigten Staaten.

Richtig heiß wurde es in den 1970er-Jahren, während der ersten Periode explodierender landwirtschaftlicher Erträge, der sogenannten „Grünen Revolution“. Fortschritte bei chemischen Düngemitteln, Sortenauswahl, Pestiziden und anderen Technologien wurden in einen zunehmend globalisierten Markt für Pflanzen und Rohstoffe integriert, was zu einer Verbesserung der Ernteerträge auf der ganzen Welt und der Fähigkeit führte, eine wachsende Bevölkerung zu ernähren. Neuere Verbesserungen wurden durch neue Technologien wie Robotik und genetische Bearbeitung erzielt, aber die Erträge, die diese bieten, nehmen ab. Von 2011 bis 2019 betrug die Gesamtmenge der globalen Agrarproduktion 6% weniger als es gewesen wäre wenn wir die gleiche Wachstumsrate des Jahrzehnts zuvor beibehalten hätten.

Dies könnte als Spitze einer „S-Kurve“ beschrieben werden, die für das Wachstum neuer Technologien typisch ist, die sich während einer Phase der Innovation und Entdeckung explosionsartig vermehren und dann abflachen, wenn sich die Akzeptanz verlangsamt und eine neue „Normalität“ etabliert wird.

Diese „S-Kurven“ werden am häufigsten mit Computertechnologien in Verbindung gebracht, eine Geschichte, die sich fast mit der Grünen Revolution überschneidet. Nach den ersten Großrechnern in Gebäudegröße in den 1950er Jahren kamen in den 1970er und 80er Jahren die Desktop-PCs, die hauptsächlich von Forschern und Bastlern verwendet wurden. Dann begannen die gewöhnlichen Menschen Anfang der 1990er Jahre, sie zu benutzen, und Mitte der 2000er Jahre wurde das Internet populär, und jetzt hat jeder einen Computer in der Tasche.

Die Innovationsgeschwindigkeit rund um Personal Computing hat scheinbar zugenommen nach Jahren von Boom- und Bust-Zyklen etwas verjüngt. Dies liegt zum Teil an den Grenzen der Physik – viele Jahre lang wurden Computerchips exponentiell kleiner und schneller, wobei sie alle zwei Jahre ungefähr ihre Geschwindigkeit verdoppelten und ihre Größe halbierten, bekannt als Moores Gesetz. Aber Wissenschaftler und Ingenieure können aus endlichen Materialien nur eine begrenzte Leistung herauskitzeln und stoßen möglicherweise (zumindest vorerst) an ihre Grenzen. Aber das ist nicht das Ende der Innovation – in Bereichen wie VR, Social Media, KI und anderen Anwendungen und Teilbereichen erfreuen sich ihre eigenen kleineren S-Kurven, vielleicht kleiner als der Bogen des Mikrochips oder PCs, aber vielleicht auch nicht.

Es gibt auch eine grobe Analogie zur Landwirtschaft, wo sich die Verlangsamung des technologischen Fortschritts auch auf die Wachstumsrate auswirkt, was höhere Preise und andere Folgeeffekte bedeutet. Wachstum ist von entscheidender Bedeutung, daher werden alle Anstrengungen unternommen, um es aufrechtzuerhalten. Unternehmen wie Monsanto bearbeiten die Gene von Nutzpflanzen, um Resistenzen gegen Schädlinge zu schaffen und Effizienzen hinzuzufügen, die so winzig sind wie die Dicke einer Zellwand, um kleine Wachstumsgewinne zu erzielen. Selbst diese kleine Menge kann im großen Maßstab für Lebensmittel und Rohstoffe wie Mais oder Soja von entscheidender Bedeutung sein, aber das allgemeine Tempo der Innovation und des Produktionswachstums hat nicht ganz so zugenommen wie Mitte des letzten Jahrhunderts. Die nächste Entwicklung, die das Wachstum ankurbeln kann, um den Nahrungsmittelbedarf zu decken, kann von einem Labor kommen, das bestrebt ist, mehr Ertrag aus den Reserven wie Mais herauszuholen, oder sie kann von irgendwo völlig unerwartet kommen. Innovation ist oft der Grund für das Wachstum, zusammen mit der Bildung von Infrastruktur und Lieferketten zur Unterstützung. Neue Düngemittel ermöglichen Massenmärkte für Nutzpflanzen wie Mais; kleinere, schnellere Computerchips ermöglichen eine fast vollständige weltweite Verbreitung von Computern; Ein neu untersuchter Organismus schafft die Fähigkeit, neuartige Enzyme, Materialien oder Chemikalien herzustellen, die den Bedarf des Massenmarktes weitaus nachhaltiger als der Status quo decken.

Tatsächlich scheint die Biotechnologie am Anfang ihrer eigenen S-Kurve zu stehen. In der Biotechnologie dreht sich alles um das Studium und die Arbeit mit lebenden Systemen, in manchen Fällen sogar behandeln sie ein bisschen wie Computer. Vielleicht sollte es keine Überraschung sein, wenn es einem ähnlichen Wachstumspfad folgt.

In diesem Bereich könnte die Flüssigfermentation – die traditionell Hefe für alles von Zitronensäure bis Alkohol im industriellen Maßstab verwendet – ungefähr analog zu Mais oder dem Personal Computer sein, einer „langsameren“ Technologie, die an die Spitze ihrer S-Kurve kriecht. Inzwischen geht es voran Präzisionsgärung, neue und ausgeklügeltere Genbearbeitungstechniken und die wachsende Vielfalt an Organismen von denen Wissenschaft und Industrie jetzt lernen und mit denen sie arbeiten können, verbinden sich, um eine neue Innovationslandschaft für biobasierte Materialien, Produkte und Herstellungsverfahren zu erschließen. Wir stehen gerade erst am Anfang einer Entdeckungsphase der Biotechnologie, und es ist nicht abzusehen, was das für die Art und Weise bedeuten könnte, wie wir herstellen, was wir brauchen und verwenden.

Mit der Biologie zu arbeiten bedeutet, Produkte und Prozesse zu entwickeln, die mit der Natur vereinbar sind. Aber es ist wichtig festzuhalten, dass die massiven Wachstumsperioden seit der industriellen Revolution historische Konsequenzen hatten. In der Landwirtschaft sind Ertragssteigerungen auf Kosten der Pflanzenvielfalt und einer Umstellung auf Monokulturen gegangen Einschließung durch Unternehmen die Saatgut urheberrechtlich schützen oder ihre eventuelle Veralterung in ihre DNA codieren. Das sieht man auch an der Explosion der Computertechnologien die entstanden ist am schnellsten wachsenden Abfallströme in der Welt. Viele von uns lassen sich von der Vision von Innovatoren der Branche inspirieren, wie denen, die Computer von einer Idee zu einer weltbewegenden Technologie sahen, die die Art und Weise veränderte, wie wir miteinander interagieren, oder die es schafften, die Mittel zur Ernährung unserer wachsenden Welt zu entwickeln und zu verbreiten. Auch die Biotechnologie kann mit gutem Beispiel vorangehen, indem sie nicht nur die Art und Weise verändert, wie wir die Dinge herstellen, die wir brauchen und konsumieren, sondern auch gerecht und im Einklang mit der Natur.

Wenn die Biotechnologie im Begriff ist, exponentiell zu wachsen, kann sie diesen Aspekt des Innovationszyklus verändern? Wenn dem so ist, könnten wir bald auf einen großen Knallmoment zurückblicken, als eine vielfältige Palette neuer Produkte und Anwendungen auf biologischer Basis eine Verschiebung der globalen Konsumkultur hin zu einer besseren Ausrichtung auf den Planeten markierte.