viii
Contents
5 Cells in Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.1
Why Such a Tangle? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2
Protein Traffic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3
Energetics and Electrochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4
Cytoskeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5
Cells Divide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.6
Crawling and Swimming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.7
Creative Destruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6 Cells United . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1
Why Develop? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2
Body Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3
Signals and Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.4
Mechanics of Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.5
Mechanotransduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.6
Growth and Movements of Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7 Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.1
Flow Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.2
Nerve Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.3
The Bacterial Alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.4
Collective Advantage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.5
Studying Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
8 Biomorphic Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.1
Uniquely Human . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.2
Malleable Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.3
Digital Morphogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.4
Nanotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.5
Tinkering with Nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.6
From Natural to Unnatural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Correction to: Broken Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C1
Contents
5 Cells in Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.1
Why Such a Tangle? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2
Protein Traffic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3
Energetics and Electrochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4
Cytoskeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5
Cells Divide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.6
Crawling and Swimming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.7
Creative Destruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6 Cells United . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1
Why Develop? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2
Body Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3
Signals and Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.4
Mechanics of Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.5
Mechanotransduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.6
Growth and Movements of Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7 Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.1
Flow Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.2
Nerve Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.3
The Bacterial Alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.4
Collective Advantage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.5
Studying Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
8 Biomorphic Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.1
Uniquely Human . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.2
Malleable Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.3
Digital Morphogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.4
Nanotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.5
Tinkering with Nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.6
From Natural to Unnatural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Correction to: Broken Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C1