Téma

Zářící město: Využití bioluminiscence v designu a architektuře

Bioluminiscence je schopnost některých živých organismů vyzařovat světlo. V posledních letech se o ni mimo vědce zajímají také designéři a architekti, kteří ve spolupráci s biology promýšlejí její využití v urbanistickém i domácím měřítku. Představujeme několik současných projektů reflektujících potenciál bioluminiscence právě v rámci designu.

Zářící město: Využití bioluminiscence v designu a architektuře
Zářící město: Využití bioluminiscence v designu a architektuře

Text: Nikol Galé • Úvodní obrázek: Eduardo Mayoral courtesy Holcim Foundation

Výsledkem oxidace biologického pigmentu luciferinu za přítomnosti enzymu luciferázy v tělech některých živočichů a bakterií je takzvaná bioluminiscence, tedy emitování světla neboli světélkování. Nám dobře známým příkladem jsou romanticky poletující světlušky, mimo naše končiny pak umějí světélkovat například medúzy, některé ryby či řasy. Svítit umí také množství bakterií.

Bioluminiscence se již desetiletí zkoumá v biologii a medicíně, s přibývajícím tlakem na udržitelné technologie a obnovitelnou výrobu energie přibývá také projektů kladoucích si otázku, jak přirozené vyzařování světla využít v interiérech i exteriérech.

Namísto lamp září koruny stromů

Alberto T. Estévez se společně se svým týmem z Genetic Architecture Office dlouhodobě zabývá propojováním genetického bioinženýrství s architekturou. Jejich projekt Genetic Barcelona staví na konceptu geneticky modifikovaných stromů přirozeně vyzařujících světlo. Autor uvažuje nad tím, jak lze luminiscentní protein, který běžně produkují medúzy Aequorea victoria, aplikovat do DNA městských stromů. Díky tomu by stromy mohly kromě přirozeného ochlazování urbánního prostoru nahrazovat i pouliční lampy. Architekt Alberto T. Estévez chce tímto experimentem upozornit na alternativní možnosti nočního osvětlení měst, které vzniká přirozeně a bez závislosti na fosilních palivech a industriální výrobě.

Estévez a jeho tým v první fázi projektu geneticky modifikovali sedm citronovníků vložením genu zeleného fluorescentního proteinu (GFP). Vlevo: Snímek magického světla citronovníků s GFP. Nahoře vpravo: Srovnání listů stejného typu citroníku s GFP a bez něj, fotografie pořízená speciální UV kamerou. Uprostřed vpravo: Porovnání listů stejného druhu citronovníku s a bez GFP: pohled lidským okem, fotografie pořízená běžným zrcadlovým fotoaparátem. Dole vpravo: Snímek možného světa, který je udržitelnější a nevyžaduje noční elektrické osvětlení. Foto: Alberto T. Estévez

Schopnost DNA medúz modifikovat stromy tak, aby v noci přirozeně vydávaly ambientní osvětlení, je inspirativní myšlenkou. Současné veřejné osvětlení je nejen energeticky náročné a tím finančně i ekologicky neudržitelné, je s ním navíc spojena problematika světelného smogu, jehož důsledkem je mnoho negativních vlivů na člověka i na zvířata žijící ve městech. Projekt Genetic Barcelona je v současnosti ve své třetí fázi, kdy ve vybraných španělských sklenících rostou geneticky modifikované rostliny s bakteriálním a hmyzím DNA umožňujícím bioluminiscenci.

Živé billboardy

Dalším počinem, který se zabývá osvětlením urbánního prostředí, je projekt Eduarda Mayoral Gonzáleze z univerzity v Seville nazvaný Bioluminiscence Devices. González také hledá možnosti, jak ve veřejném prostoru produkovat světlo bez elektřiny. Nezaměřuje se ovšem na stromy, nýbrž na neživé prvky městského prostoru, jako jsou billboardy, chodníky, případně celé fasády budov. Jeho koncept kombinuje světle zelené světélkování bakterie Vibrio fischeri s modrým světlem řasy Pyrocystis fusimorfis, které se aktivuje při pohybu. Základním záměrem je vyřešit problém výživy bakterií tak, aby přežily a byly schopné produkovat světlo i v nepřirozeném prostředí. Možnosti zásobování bakterií živinami a udržování těchto habitatů v životaschopném režimu architekt aktuálně testuje v laboratorním prostředí.

Fosforové fasády

Dalším příkladem využití bioluminiscence je projekt Vladimíra Baldy. Architekt působící na Technické univerzitě v Liberci představil se svými spolupracovnicemi Michaelou Maštrlovou a Lucií Staňkovou koncept svítících fasád vytvořený pro ideovou soutěž DOFA 2022 (Dolnośląski Festiwal Architektury). Podle nich by se do fasádních barev mohl přimíchat fosfor, který by nebyl za denního světla oken rozpoznatelný. Oproti celonoční spotřebě elektrické energie by se do procesu zapojilo inteligentní veřejné osvětlení, které by svítilo jen v krátkých úsecích několikrát za noc tak, aby opětovně nasvítilo fosfor do požadovaného jasu. Tím by se snížila spotřeba elektrické energie a zachovalo by se bezpečné prostředí pro obyvatele města. Projekt reagoval na energetickou krizi a skokové zvýšení cen elektřiny, které zapříčinilo, že některá města v noci pouliční osvětlení v minulém roce značně omezovala.

Namísto lamp svítící fasády. Obrázek: Vladimír Balda, Michaela Maštrlová, Lucie Staňková

Luminiscenční design

S principy světélkování živých organismů nepracují jen architekti a urbanisté, ale také produktoví designéři. Snahy o vytvoření interiérových svítidel, jež by svítila právě díky bioluminiscenci, se pojí se snahami o produkci výrobků nevyužívajících elektřinu.

O využití bioluminiscence při navrhování svítidel přemýšlel i designér Václav Mlynář. Pro českou značku Bomma navrhuje jako její umělecký ředitel kolekce skleněných svítidel. „Koncept bioluminiscence je zajímavý, ale pravděpodobně má jiné využití než v interiérových lampách,“ tvrdí. „Myslím, že v budoucnu by se tato technologie mohla uplatnit jako ambientní osvětlení ulic, nebo pozemní navigace na komunikacích. Naše světla jsou většinou používána v místech, kde potřebujete kontrolovat intenzitu osvětlení a musíte být schopni ho také vypnout, což s bioluminiscenční technologií není ani jednoduché, ani rychlé,“ dodává.

Lampa s omezenou životností

O tom, že pracovat s bioluminiscenční technologií zatím není vůbec jednoduché, svědčí také projekt designéra Jorise Laarmana Half Life Lamp. Laarman ve své amsterodamské univerzitní laboratoři otestoval použití DNA sekvence CHO v kombinaci s genem, který dovoluje světluškám zářit. Navrhl stolní lampu, jejíž stínítko z biopolymeru pokryl směsí nutrientů a geneticky modifikovaných buněk produkujících enzymy luciferázy, které zajišťují produkci světla. Lampu vystavil v New Yorku, ovšem svůj debut zakončila uhynutím buněk, které již dále nebyly schopné vyzařovat světlo. Lampa pak „po opravě“ navštívila ještě dvě další výstavy, jednu rovněž v New Yorku a druhou v Nizozemsku.

Živá domácnost v kostce

S bioluminiscenčním osvětlením pracuje i Microbial Home. Jack Mama a Clive van Heerdan ze společnosti Philips znovu a do důsledků promýšlejí fungování běžné domácnosti. Tým navrhuje a vyrábí prototypy nábytku a dalšího zařízení bytu či domu v duchu udržitelnosti. Jejich zero-waste domácnost zahrnuje také bioluminiscenční osvětlení. Designéři navrhli skleněné komory naplněné roztokem s výživou a bakteriemi produkujícími světlo. Každá skleněná „buňka“ má svůj vlastní zdroj živin, díky čemuž jsou svítící bakterie schopny přežít. Projekt si vysloužil několik designových ocenění, prozatím však zůstal ve fázi prototypu.

Mikrořasy jako nové pokojovky

Japonská designérka Marin Sawa navrhla prototyp „řasária“ (Algearium), tedy skleněné baňky, v níž žijí různé druhy řas. Takto pěstované řasy fotosyntézou přirozeně produkují kyslík, čímž čistí vzduch v místnosti. Některé se dají využít jako ingredience pro přípravu pokrmů, jiné – luminiscenční druhy – pak mohou svítit a sloužit jako malé noční lampičky. „Fascinuje mě propojení designu a biologie, a především pak možnost využití poznatků biologie v domácnosti,“ říká o svém výzkumném projektu autorka. Cílem Marin Sawy je, aby Algeária dokázala hostit řasy, které by byly schopné začít svítit, pokud by to byla potřeba, a naopak zhasnout, pokud by potřeba nebyla. To ovšem vyžaduje velice specifické biologické prostředí, které je prozatím náročné připravit v domácích podmínkách.

Designérka navrhuje řasárium. Foto: archiv Marin Sawa

(Ne)možnosti bioluminiscence v praxi

Ačkoliv je využití přirozeného světelného potenciálu živých organismů lákavé, stále zde zůstává množství otázek, se kterými je potřeba se zodpovědně popasovat. U implementování DNA z medúz či řas do živých stromů vyvstává stejné etické dilema, jakému čelí v podstatě celý obor biologického inženýrství. Je potřeba zvážit všechny možné dopady podobné manipulace na celé ekosystémy. Jak například kontrolovat, aby za několik pylových sezón nesvítily celé lesy a takřka celá krajina? Je vůbec přijatelné, aby člověk takto hluboce zasáhl do základů přírodního prostředí? Aplikace živých organismů do umělého prostředí, ať již na stěny budov či na interiérové produkty, zase vyvolává otázky spojené s výživou bakterií a (ne)možnosti regulování světelného záření podle potřeby. Zařízení pro řízené pěstování řas i bakterií sice mohou nabídnout kontinuální výživu, a tudíž i přežití „světlotvorných“ buněk, jak ale bude takové zařízení fungovat dlouhodobě z hlediska péče a komfortu v domácnosti?

Výčet otázek okolo bioluminiscenčních technologií je ve skutečnosti ještě mnohem větší. Může se ukázat, že to je slepá ulička a nebude možné, aby si lidé doma večer rozsvítili ambientní zelenou či jímavě modrou lampičku plnou živých svítících bakterií. Každopádně, budoucí směřování společnosti jako celku závisí na tom, jaké alternativní zdroje budeme schopni nalézt a využít tak, aby byl jejich dopad na životní prostředí nulový či dokonce příznivý.