制作一張專屬于你的細菌唱片

as科學藝術研究中心

2017年11月的波士頓，在合成生物學領域的奧林匹克盛會——國際基因工程機器（iGEM）競賽閉幕式上，與會者們聽到了一曲五大洲參賽隊伍共同創(chuàng)作的“天籟之音”。但這首音樂不是通過打擊樂器或者弦樂器創(chuàng)作的，而是利用人體內(nèi)的細菌。

細菌唱片從何而來

對大多數(shù)人來說，細菌和音樂是兩個完全不相關的概念。而這個名為BiotaBeats（生物群節(jié)拍）的項目卻將二者巧妙連接，用細菌“譜寫”樂譜，為我們帶來全新且無與倫比的音樂形式。

BiotaBeats項目的團隊擁有極具個性的名字：StreetBio（街頭生物）。他們希望探索工程生物學與街道之間的關聯(lián)——將生物學帶離實驗室，真正進入我們的日常生活，與人、文化和產(chǎn)品交融。

早在2016年，StreetBio團隊就在美國EMW的社區(qū)生物學實驗室內(nèi)，為國際基因工程機器（iGEM）競賽啟動了BiotaBeats項目。

他們的愿景是通過文化語言——嘻哈音樂（Hip-Hop），將和人類宿主和諧相處的100萬億個微生物與整個世界連通，用嘻哈音樂助力生物技術發(fā)展。他們大膽創(chuàng)作了一個很棒的系統(tǒng)，譜寫了開篇提及的由五大洲參賽隊伍共同完成的“天籟之音”。

那么，BiotaBeats項目是如何利用細菌創(chuàng)造音樂的呢？

如何制作細菌唱片

第一步：記錄音樂信息唱片（培養(yǎng)基）的準備

BiotaBeats希望將聲音轉化裝置設計成唱片播放器的樣子。于是，他們借鑒了傳統(tǒng)黑膠唱片的外形，采用了LP/EP[標準類型的黑膠唱片包括長時間播放的黑膠唱片（LP），直徑尺寸是12英寸（30.48厘米），其通常以每分鐘33轉的速度播放；單曲和延長播放的唱片（EP），直徑尺寸是7英寸（17.78厘米），通常以每分鐘45轉的速度播放]兩種不同規(guī)格，分別設計成同心圓和比薩兩種形狀。

第二步：在唱片中記錄微生物（接種并培養(yǎng)）

歌曲創(chuàng)作過程可謂腦洞大開：BiotaBeats將無菌棉簽浸潤在去離子水中，并擦拭來自各國參賽團隊成員的特定身體部位，用以采集體表細菌，并將采集后的棉簽畫線在唱片的對應區(qū)域內(nèi)。

為了將培養(yǎng)箱和唱片播放器相連，并且使照相機鏡頭可以對準整個培養(yǎng)皿，BiotaBeats對培養(yǎng)箱進行了改造。他們在唱片下添加了加熱元件，以保證菌種在培養(yǎng)時擁有恒溫環(huán)境，同時根據(jù)唱片大小、相機視角、視野等信息，最終確定了培養(yǎng)箱尺寸。

第三步：利用微生物創(chuàng)建音頻（超聲波處理）

首先，運用相機對唱片進行拍攝，捕獲微生物生長圖像，并采用高斯濾波器降低圖像噪聲，同時轉換為黑白二進制圖像。

然后，按照畫線的區(qū)域對唱片進行劃分，每一個區(qū)域代表不同的音色。

最后，根據(jù)每個菌落的中心、大小，將每個菌落映射到對應坐標系統(tǒng)中，計算菌落位置、直徑、密度信息。

菌落的位置與音色相關，菌落的直徑與音高相關，菌落的密度則結合了粒狀合成的方法發(fā)聲，并且使用FM（調頻）將上述內(nèi)容合成。（粒狀合成：指將聲音分解成細小顆粒，重新分配并重組形成其他聲音。FM合成：通過調制器調整頻率來改變波形的音質以生產(chǎn)更復雜的波形。）這首“細菌音樂”在眾志成城的歡樂氛圍中制作完成：來自歐洲團隊的口腔微生物為其提供了旋律；來自亞洲團隊的耳細菌為其提供了和聲；來自非洲團隊的手部微生物則負責鼓點；來自南美團隊的頭皮微生物提供了打擊樂聲；北美團隊則貢獻了鼻部微生物，以此來渲染歌曲。來自五大洲的細菌共同“創(chuàng)作”了這首富有感染力的閉幕曲。

社區(qū)青年科學計劃

自從StreetBio團隊在美國EMW社區(qū)建立BiotaBeats項目，以及綜合STEAM（科學、技術、工程、藝術和數(shù)學）課程在學校盛行，他們繼而提出了社區(qū)青年科學計劃（YSI），旨在為青年提供將生物技術和音樂創(chuàng)造力融合在一起的機會，來滿足普通年輕人對科學的好奇心和探索欲。

然而，在此之前，一方面，只有擁有專業(yè)知識的人才有機會參與到科學實踐中來；另一方面，很多宣稱要在社會層面為科學進步做出貢獻的機構卻是極其排外的。

就是這樣的排他性，阻擋了大眾對科學的熱情。StreetBio團隊希望科學能夠走入街道，將BiotaBeats帶入社區(qū)，尤其是帶到社區(qū)的年輕人面前。

項目推進時，遇到了一位強有力的支持者——克里斯托·約翰遜，他是一家綜合可持續(xù)性和環(huán)境解決方案機構的創(chuàng)始人兼能源戰(zhàn)略專家，也是參與到BiotaBeats項目的一位年輕參與者的父親。

克里斯托·約翰遜與StreetBio團隊取得聯(lián)系后，表達了對這群青年推廣科學的支持與熱情，希望可以幫助他們共同建立一個極具包容性的科學分享平臺。在幾次電話會議后，StreetBio團隊與克里斯托·約翰遜策劃了一個周期性的周末青年計劃，幫助當?shù)厍嗄炅私饪茖W前沿知識。至此，EMW社區(qū)的社區(qū)青年科學計劃誕生了。

社區(qū)青年科學計劃一直致力讓代表性不足以及處境不利的當?shù)厍嗄陞⑴c科學活動。社區(qū)青年科學計劃定期舉辦周末研討會，并持續(xù)地開展主題活動。參與者可以在實驗室中花費一天的時間去學習、提問、討論、做實驗。社區(qū)青年科學計劃致力成為一條紐帶，聯(lián)結所有熱愛科學的人們，無關種族，無關性別，無關社會地位。

小朋友們的細菌唱片

2016年10月15日，經(jīng)過數(shù)周的宣傳后，社區(qū)青年科學計劃舉辦了第一場周末活動。所有的青年參與者抵達GinkgoBioworks——一家位于波士頓的生物工程初創(chuàng)公司。當天的研討主題是MakingMolecules（制造分子）?；诱n程中科學家為大家介紹了自然界中的幾種微生物，如鹽古菌和酵母菌，講解了它們是如何制造自己的分子以及如何利用它們。在設計活動中，參與者有機會設計自己的微生物。

參與活動的青年們靈感迸發(fā)，產(chǎn)生了很多令人難以置信的創(chuàng)新想法，包括微生物污染消除器、水純度指示器、小型機器修理器，等等。參與者們還共同參觀GinkgoBioworks的鑄造廠。在那里，他們了解到了實驗室是如何使用機器人、生物反應器、發(fā)酵罩和質譜儀等工具來構建微生物的。

在參與者們對微生物群有了深刻了解后，演示人員將活動話題從科學研究過渡到音樂。他們?yōu)榍嗄陚兘忉屓绾斡米约旱奈⑸锶簞?chuàng)造唱片，以及用新型唱片播放器播放“細菌音樂”。

所有參與者們開始制作屬于自己的細菌唱片。他們用棉簽擦拭自己身體的不同部位，并將他們的微生物群接種到瓊脂板中并做好記錄。在完全接種他們的個性化微生物后，社區(qū)青年科學計劃的參與者將他們的細菌唱片帶回家。微生物群每天都在增長，他們會得到具體的指示來拍攝細菌唱片。StreetBio將他們的圖像記錄進行聲化后，最終，青年參與者獲得了使用他們個人的微生物組制作的專屬于自己的電子音樂。

從國際基因工程機器競賽閉幕式上的“天籟之音”，到走進社區(qū)的社區(qū)青年科學計劃，無一不體現(xiàn)出StreetBio團隊的無私與大愛。

他們用細菌“連通”了科學與音樂。他們想讓世人明白，在科學與音樂面前，人人皆平等。