生物科技的首個樂器像彈鋼琴一樣演奏蛋白質 [幻燈片]

一位生物物理學家和一位作曲家聯手創造了一個音樂盒,將生物學轉化為聲音

先是鑼聲的刺耳雜音,然後是風鈴的顫動,最後是深沉的旋律性鯨魚叫聲——這些是首個由生物技術驅動的樂器發出的聲音。音樂來自芝加哥大學生物物理學家 Josiah Zayner 在家實驗室裡的一個黑盒子。盒子內部,藍色光芒閃爍在裝有蛋白質的小瓶上,反過來觸發聲音。Zayner 稱之為 chromochord。“Chromo”指的是彩色光,“chord”指的是樂器的琴絃。本質上,它是光啟用的。“科學家在精心設計的實驗中看到美,”Zayner 說。“chromochord 讓其他型別的人也能體驗到這種美。”

chromochord 依賴於植物中對陽光作出反應的蛋白質,稱為光、氧和電壓感應 (LOV) 蛋白質。陽光導致葉子和莖中的蛋白質膨脹,從而引發一系列細胞訊號,使植物朝光源生長。Zayner 從燕麥中分離出 LOV 蛋白質,將它們收集在小瓶中,並對每個樣本進行生物工程改造,使其對藍光產生不同的反應。“人們沒有機會在細胞水平上自覺地體驗生命,”研究 LOV 蛋白質啟用和運動的 Zayner 說。“這直接將其帶到他們的耳邊。”

chromochord 包含 12 個小瓶,每個小瓶都與不同的聲音配對。當光線照射到一個小瓶時,裡面的蛋白質會膨脹,改變它們吸收的波長。感測器測量吸收的變化,並提示發出聲音。當一組蛋白質緩慢膨脹時,chromochord 會發出低沉的低音隆隆聲;當另一組蛋白質快速收縮時,會發出玻璃風鈴的聲音。


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“聽到生物事物發出的聲音,在概念上是很有吸引力的,”佐治亞理工學院音樂技術中心臨時主任 Jason Freeman 說。“這些蛋白質有它們自己的音樂。人們會用黴菌奈米粒子或各種各樣的東西來製作音樂。這些專案本質上很有趣,因為它們試圖使我們通常聽不到的聲音變得可聽見,從而揭示自然中可能對我們來說有點神秘或不可見的東西。”

第一個 chromochord 原型有一個按鈕式介面,但 Zayner 在柏林舉行的物理會議上首次演奏時發現它笨重且過於精細。相反,他想創造一種更便攜和可靠的裝置,因此他與作曲家 Francisco Castillo Trigueros 合作開發了第二個版本。在 Zayner 向當地音樂學院的作曲家傳送了一封群發電子郵件後,兩人相遇了。“Francisco 是唯一一個回覆的人,”Zayner 說。Trigueros 創作了音樂,而 Zayner 將其轉換為自動化的光脈衝並製造了機器。

兩人是一對令人驚訝的組合:Zayner 嘴唇上戴著穿孔,胸前有一個大的十字紋身,而 Trigueros 則穿著 V 領毛衣和翻領襯衫,經常被誤認為是科學家。

五月份,合作者在芝加哥大學進行了首次為期兩天的音樂裝置。房間很黑,聲音令人毛骨悚然地平靜。在前面的牆上,深藍色的斑點相互變形,是聲音的視覺表現。但在展覽的第二天,蛋白質開始粘在一起。音樂短語變成了噪音,視覺效果也逐漸消失。“我們設定的裝置有美妙的音樂,”Zayner 說,“但隨著時間的推移,隨著蛋白質開始失效,音樂會慢慢失真。”

這種崩潰讓 Trigueros 感到驚訝:“我不得不重新思考我作為音樂家的角色。” 但這正是 Zayner 的意圖。“在我們的身體裡,一個細胞中可能有數百萬個蛋白質。其中一些會受損——事情就是這樣發生的,”Zayner 說。“最後它並不完美,但它仍然很美,幾乎正是因為這種不完美。”

其他人似乎也同意。“我認為觀眾對此非常著迷,”芝加哥大學藝術|科學倡議的專案總監兼策展人 Julie Marie Lemon 說。“從某種意義上說,蛋白質的生命正在被體驗。”

Zayner 和 Trigueros 的下一個計劃是創造另一種樂器,這次使用細胞和聲音,而不是光來刺激它們。他們希望將細菌,有一天是人體細胞暴露在音樂中,並測量細胞的壓力敏感離子通道的反應。當聲波擊中通道時,大量的離子湧入細胞,並引起可以轉化為新的、不同的音樂的反應。“這只是一個種子,我們將看看樹如何生長,但這可能會非常奇怪,”Trigueros 說。

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