Hackovanie prírody

Samotná príroda nás môže naučiť, ako sa nabúrať do prírody, ako napríklad včely, o ktorých Mark Mescher a Consuelo De Moraes z ETH v Zürichu poznamenali, že odborne okusujú listy, aby „povzbudzovali“ rastliny, aby kvitli.

Je zaujímavé, že pokusy o replikáciu tohto ošetrenia hmyzom našimi metódami boli neúspešné a vedci sa teraz pýtajú, či tajomstvo účinného poškodenia listov hmyzom spočíva v jedinečnom vzore, ktorý používajú, alebo možno v zavádzaní niektorých látok včelami. Na iných biohackingové polia nám sa však darí lepšie.

Inžinieri napríklad nedávno zistili ako premeniť špenát na environmentálne senzorické systémyktoré vás môžu upozorniť na prítomnosť výbušnín. V roku 2016 chemický inžinier Ming Hao Wong a jeho tím na MIT transplantovali uhlíkové nanorúrky do špenátových listov. Stopy po výbušnináchktoré rastlina absorbovala vzduchom alebo podzemnou vodou, vyrábali nanorúrky vysielať fluorescenčný signál. Na zachytenie takéhoto signálu z továrne bola malá infračervená kamera nasmerovaná na list a pripevnená k čipu Raspberry Pi. Keď kamera zachytila ​​signál, spustila e-mailové upozornenie. Po vyvinutí nanosenzorov v špenáte začal Wong vyvíjať ďalšie aplikácie tejto technológie, najmä v poľnohospodárstve, aby varoval pred suchom alebo škodcami.

napríklad fenomén bioluminiscencie. u chobotníc, medúz a iných morských živočíchov. Francúzska dizajnérka Sandra Rey predstavuje bioluminiscenciu ako prirodzený spôsob osvetlenia, teda vytváranie „živých“ lampášov, ktoré vyžarujú svetlo bez elektriny (2). Ray je zakladateľom a generálnym riaditeľom spoločnosti Glowee, ktorá sa zaoberá bioluminiscenčným osvetlením. Predpovedá, že raz budú môcť nahradiť klasické elektrické pouličné osvetlenie.

2. Vizualizácia osvetlenia Glowee

Na výrobu svetla sa podieľajú technici Glowee bioluminiscenčný gén získané z havajskej sépie na baktérie E. coli a potom tieto baktérie pestujú. Naprogramovaním DNA môžu inžinieri ovládať farbu svetla, keď sa vypína a zapína, ako aj mnoho ďalších úprav. O tieto baktérie sa zjavne treba starať a kŕmiť ich, aby zostali nažive a žiarivé, takže spoločnosť pracuje na tom, aby svetlo svietilo dlhšie. V súčasnosti, hovorí Rei z Wired, majú jeden systém, ktorý beží šesť dní. Súčasná obmedzená životnosť svietidiel znamená, že sú momentálne väčšinou vhodné na podujatia alebo festivaly.

Domáce zvieratá s elektronickými batohmi

Môžete sledovať hmyz a pokúsiť sa ho napodobniť. Môžete sa ich tiež pokúsiť „hacknúť“ a použiť ako… miniatúrne drony. Čmeliaky sú vybavené „batohmi“ so senzormi, aké používajú farmári na monitorovanie svojich polí (3). Problémom mikrodronov je sila. S hmyzom taký problém nie je. Neúnavne lietajú. Inžinieri naložili do ich „batožiny“ senzory, pamäť na ukladanie dát, prijímače na sledovanie polohy a batérie na napájanie elektroniky (teda oveľa menšiu kapacitu) – všetko s hmotnosťou 102 miligramov. Keď hmyz vykonáva svoje každodenné činnosti, senzory merajú teplotu a vlhkosť a ich poloha sa sleduje pomocou rádiového signálu. Po návrate do úľa sa dáta stiahnu a batéria sa bezdrôtovo nabije. Tím vedcov nazýva svoju technológiu Living IoT.

3. Live IoT, čo je čmeliak s elektronickým systémom na chrbte

Zoológ z Inštitútu Maxa Plancka pre ornitológiu. Martin Wikelski sa rozhodli otestovať populárnu vieru, že zvieratá majú vrodenú schopnosť vycítiť blížiace sa katastrofy. Wikelski vedie medzinárodný projekt snímania zvierat ICARUS. Autor návrhu a výskumu sa preslávil, keď sa pripojil GPS majáky zvierat (4), veľkých aj malých, s cieľom študovať vplyv javov na ich správanie. Vedci okrem iného dokázali, že zvýšený výskyt bocianov bielych môže naznačovať napadnutie kobylkami a umiestnenie a telesná teplota kačíc divých môže naznačovať šírenie vtáčej chrípky medzi ľuďmi.

4. Martin Wikelski a bocian vysielač

Teraz Wikelski pomocou kôz zisťuje, či v starovekých teóriách existuje niečo, čo zvieratá „vedia“ o hroziacich zemetraseniach a sopečných erupciách. Bezprostredne po masívnom zemetrasení v meste Norcia v Taliansku v roku 2016 Wikelski obliekol dobytok v blízkosti epicentra, aby zistil, či sa pred otrasmi správajú inak. Každý golier obsahoval oboje GPS sledovacie zariadenieako akcelerometer.

Neskôr vysvetlil, že s takýmto nepretržitým monitorovaním sa dá určiť „normálne“ správanie a potom hľadať abnormality. Wikelski a jeho tím poznamenali, že zvieratá zvýšili svoje zrýchlenie v hodinách pred zemetrasením. Pozoroval „výstražné obdobia“ od 2 do 18 hodín v závislosti od vzdialenosti od epicentra. Wikelski žiada o patent na systém varovania pred katastrofami založený na kolektívnom správaní zvierat vo vzťahu k základnej línii.

Zlepšite účinnosť fotosyntézy

Zem žije, pretože sa pestuje po celom svete uvoľňuje kyslík ako vedľajší produkt fotosyntézya niektoré z nich sa stávajú doplnkovými výživnými potravinami. Fotosyntéza je však napriek mnohým miliónom rokov evolúcie nedokonalá. Vedci z University of Illinois začali pracovať na náprave defektov fotosyntézy, o ktorých sa domnievajú, že by mohli zvýšiť výnosy plodín až o 40 percent.

Zamerali sa na proces nazývaný fotorespiráciaktorá nie je ani tak súčasťou fotosyntézy, ako jej dôsledkom. Ako mnohé biologické procesy, ani fotosyntéza nefunguje vždy dokonale. Počas fotosyntézy rastliny prijímajú vodu a oxid uhličitý a menia ich na cukry (potravu) a kyslík. Rastliny nepotrebujú kyslík, preto sa odstraňuje.

Vedci izolovali enzým nazývaný ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza/oxygenáza (RuBisCO). Tento proteínový komplex viaže molekulu oxidu uhličitého na ribulóza-1,5-bisfosfát (RuBisCO). V priebehu storočí sa zemská atmosféra viac okysličila, čo znamená, že RuBisCO sa musí vysporiadať s väčším množstvom molekúl kyslíka zmiešaných s oxidom uhličitým. V jednom zo štyroch prípadov RuBisCO omylom zachytí molekulu kyslíka, čo ovplyvňuje výkon.

Kvôli nedokonalosti tohto procesu ostávajú v rastlinách toxické vedľajšie produkty, ako je glykolát a amoniak. Spracovanie týchto zlúčenín (prostredníctvom fotorespirácie) vyžaduje energiu, ktorá sa pridáva k stratám spôsobeným neefektívnosťou fotosyntézy. Autori štúdie poznamenávajú, že ryža, pšenica a sójové bôby sú kvôli tomu nedostatočné a RuBisCO sa stáva ešte menej presným, keď teplota stúpa. To znamená, že so zosilnením globálneho otepľovania môže dôjsť k zníženiu zásob potravín.

Toto riešenie je súčasťou programu s názvom (RIPE) a zahŕňa zavedenie nových génov, vďaka ktorým je fotorespirácia rýchlejšia a energeticky efektívnejšia. Tím vyvinul tri alternatívne cesty využívajúce nové genetické sekvencie. Tieto cesty boli optimalizované pre 1700 rôznych druhov rastlín. Dva roky vedci testovali tieto sekvencie pomocou upraveného tabaku. Je to bežná rastlina vo vede, pretože jej genóm je výnimočne dobre pochopený. Viac účinné cesty pre fotorespiráciu umožňujú rastlinám ušetriť značné množstvo energie, ktorú môžu využiť na svoj rast. Ďalším krokom je zavedenie génov do potravinárskych plodín, ako sú sója, fazuľa, ryža a paradajky.

Umelé krvinky a výstrižky génov

Hackovanie prírody to nakoniec vedie k samotnému človeku. Minulý rok japonskí vedci oznámili, že vyvinuli umelú krv, ktorá môže byť použitá u každého pacienta bez ohľadu na krvnú skupinu, ktorá má niekoľko skutočných aplikácií v traumatológii. Nedávno vedci urobili ešte väčší prielom vytvorením syntetických červených krviniek (5). Títo umelé krvinky nielenže vykazujú vlastnosti svojich prirodzených náprotivkov, ale majú aj pokročilé schopnosti. Tím z University of New Mexico, Sandia National Laboratory a South China Polytechnic University vytvoril červené krvinky, ktoré môžu nielen prenášať kyslík do rôznych častí tela, ale tiež dodávať lieky, snímať toxíny a vykonávať ďalšie úlohy. .

5. Syntetická krvinka

Proces vytvárania umelých krviniek bol iniciovaný prírodnými bunkami, ktoré boli najskôr potiahnuté tenkou vrstvou oxidu kremičitého a potom vrstvami pozitívnych a negatívnych polymérov. Potom sa oxid kremičitý naleptá a nakoniec sa povrch pokryje prirodzenými membránami erytrocytov. To viedlo k vytvoreniu umelých erytrocytov, ktoré majú veľkosť, tvar, náboj a povrchové proteíny podobné tým skutočným.

Okrem toho vedci preukázali flexibilitu novovytvorených krviniek tým, že ich tlačili cez malé medzery v modelových kapilárach. Nakoniec, pri testovaní na myšiach sa nezistili žiadne toxické vedľajšie účinky ani po 48 hodinách obehu. Testy naplnili tieto bunky hemoglobínom, protirakovinovými liekmi, senzormi toxicity alebo magnetickými nanočasticami, aby ukázali, že môžu niesť rôzne typy nábojov. Umelé bunky môžu tiež pôsobiť ako návnada na patogény.

Hackovanie prírody to nakoniec vedie k myšlienke genetickej korekcie, fixácie a inžinierstva ľudí a otvorenia mozgových rozhraní pre priamu komunikáciu medzi mozgami.

V súčasnosti je veľa úzkosti a obáv z perspektívy ľudskej genetickej modifikácie. Argumenty v prospech sú tiež silné, ako napríklad, že techniky genetickej manipulácie môžu pomôcť odstrániť chorobu. Dokážu odstrániť mnohé formy bolesti a úzkosti. Môžu zvýšiť inteligenciu a dlhovekosť ľudí. Niektorí ľudia zachádzajú tak ďaleko, že hovoria, že môžu zmeniť rozsah ľudského šťastia a produktivity o mnoho rádov.

Genetické inžinierstvoak by sa jeho očakávané dôsledky brali vážne, dalo by sa to považovať za historickú udalosť rovnajúcu sa kambrickej explózii, ktorá zmenila tempo evolúcie. Keď väčšina ľudí myslí na evolúciu, myslí na biologickú evolúciu prostredníctvom prirodzeného výberu, no ako sa ukazuje, možno si predstaviť aj iné jej formy.

Počnúc XNUMX, ľudia začali upravovať DNA rastlín a zvierat (pozri tiež: ), tvorba geneticky modifikované potravinyatď. V súčasnosti sa ročne narodí pol milióna detí pomocou IVF. Tieto procesy čoraz častejšie zahŕňajú aj sekvenovanie embryí na skríning chorôb a určenie najživotaschopnejšieho embrya (forma genetického inžinierstva, aj keď bez skutočných aktívnych zmien genómu).

S príchodom CRISPR a podobných technológií (6) sme zaznamenali rozmach výskumu v oblasti skutočných zmien v DNA. V roku 2018 vytvoril He Jiankui prvé geneticky modifikované deti v Číne, za čo bol poslaný do väzenia. Táto otázka je v súčasnosti predmetom búrlivých etických diskusií. V roku 2017 Národná akadémia vied USA a Národná akadémia medicíny schválili koncepciu úpravy ľudského genómu, ale až „po nájdení odpovedí na otázky bezpečnosti a výkonu“ a „iba v prípade vážnych chorôb a pod prísnym dohľadom. "

Pohľad „dizajnérskych bábätiek“, teda navrhovanie ľudí výberom vlastností, ktoré by sa dieťa malo narodiť, vyvoláva polemiku. To je nežiaduce, pretože sa verí, že k takýmto metódam budú mať prístup len bohatí a privilegovaní. Aj keď je takýto dizajn dlhodobo technicky nemožný, dokonca bude genetická manipulácia v súvislosti s deléciou génov pre defekty a choroby nie sú jednoznačne hodnotené. Opäť, ako sa mnohí obávajú, bude to dostupné len pre pár vyvolených.

Nejde však o také jednoduché vystrihovanie a zaraďovanie tlačidiel, ako si predstavujú tí, ktorí poznajú CRISPR najmä z ilustrácií v tlači. Mnohé ľudské vlastnosti a náchylnosť na choroby nie sú kontrolované jedným alebo dvoma génmi. Choroby sa pohybujú od majúci jeden gén, vytváranie podmienok pre mnoho tisíc možností rizika, zvyšovanie alebo znižovanie náchylnosti na faktory prostredia. Zatiaľ čo mnohé choroby, ako napríklad depresia a cukrovka, sú polygénne, často pomáha aj jednoduché vystrihnutie jednotlivých génov. Verve napríklad vyvíja génovú terapiu, ktorá znižuje prevalenciu kardiovaskulárnych ochorení, jednej z hlavných príčin úmrtí na celom svete. relatívne malé edície genómu.

Pre zložité úlohy a jednu z nich polygénny základ choroby, využitie umelej inteligencie sa v poslednej dobe stalo receptom. Vychádza zo spoločností, ako je tá, ktorá začala rodičom ponúkať polygénne hodnotenie rizika. Okrem toho sa sekvenované súbory genómových údajov zväčšujú a zväčšujú (niektoré s viac ako miliónom sekvenovaných genómov), čo časom zvýši presnosť modelov strojového učenia.

mozgová sieť

Miguel Nicolelis, jeden z priekopníkov toho, čo je dnes známe ako „hackovanie mozgu“, vo svojej knihe nazval komunikáciu budúcnosťou ľudstva, ďalšou fázou evolúcie nášho druhu. Uskutočnil výskum, v ktorom spojil mozgy niekoľkých potkanov pomocou sofistikovaných implantovaných elektród známych ako rozhrania mozog-mozog.

Nicolelis a jeho kolegovia opísali úspech ako prvý „organický počítač“ so živými mozgami spojenými, ako keby to boli viaceré mikroprocesory. Zvieratá v tejto sieti sa naučili synchronizovať elektrickú aktivitu svojich nervových buniek rovnakým spôsobom, ako to robia v akomkoľvek individuálnom mozgu. Sieťový mozog bol testovaný na veci, ako je jeho schopnosť rozlišovať medzi dvoma rôznymi vzormi elektrických stimulov a zvyčajne prekonávajú jednotlivé zvieratá. Ak sú vzájomne prepojené mozgy potkanov „múdrejšie“ ako mozgy ktoréhokoľvek jedného zvieraťa, predstavte si schopnosti biologického superpočítača prepojeného ľudským mozgom. Takáto sieť by mohla ľuďom umožniť pracovať bez jazykových bariér. Taktiež, ak sú výsledky štúdie na potkanoch správne, prepojenie ľudského mozgu by mohlo zlepšiť výkon, alebo sa to aspoň zdá.

Nedávno sa uskutočnili experimenty, spomínané aj na stránkach MT, ktoré zahŕňali spojenie mozgovej aktivity malej siete ľudí. Traja ľudia sediaci v rôznych miestnostiach spolupracovali na správnej orientácii bloku, aby mohol preklenúť medzeru medzi ostatnými blokmi vo videohre podobnej Tetrisu. Dvaja ľudia, ktorí pôsobili ako „odosielači“, s elektroencefalografmi (EEG) na hlavách, ktoré zaznamenávali elektrickú aktivitu ich mozgu, videli medzeru a vedeli, či je potrebné blok otočiť, aby sa zmestil. Tretia osoba, ktorá vystupovala ako „prijímač“, nepoznala správne riešenie a musela sa spoliehať na pokyny odoslané priamo z mozgu odosielateľov. Celkovo bolo testovaných päť skupín ľudí s touto sieťou s názvom „BrainNet“ (7) a v priemere dosiahli viac ako 80% presnosť úlohy.

7. Fotografia z experimentu BrainNet

Aby to bolo zložitejšie, výskumníci niekedy pridali šum k signálu, ktorý poslal jeden z odosielateľov. Tvárou v tvár protichodným alebo nejednoznačným pokynom sa príjemcovia rýchlo naučili identifikovať a postupovať podľa presnejších pokynov odosielateľa. Vedci poznamenávajú, že toto je prvá správa, že mozgy mnohých ľudí boli zapojené úplne neinvazívnym spôsobom. Tvrdia, že počet ľudí, ktorých mozgy je možné prepojiť, je prakticky neobmedzený. Tiež naznačujú, že prenos informácií pomocou neinvazívnych metód možno zlepšiť simultánnym zobrazovaním mozgovej aktivity (fMRI), pretože to potenciálne zvyšuje množstvo informácií, ktoré môže vysielateľ sprostredkovať. FMRI však nie je jednoduchý postup a skomplikuje už aj tak mimoriadne náročnú úlohu. Vedci tiež špekulujú, že signál by mohol byť nasmerovaný do špecifických oblastí mozgu, aby vyvolal povedomie o špecifickom sémantickom obsahu v mozgu príjemcu.

Zároveň sa rýchlo vyvíjajú nástroje na invazívnejšiu a možno aj efektívnejšiu konektivitu mozgu. Elon Musk nedávno oznámila vývoj BCI implantátu obsahujúceho elektródy XNUMX, ktoré umožňujú širokú komunikáciu medzi počítačmi a nervovými bunkami v mozgu. (DARPA) vyvinula implantovateľné nervové rozhranie schopné súčasne vystreliť milión nervových buniek. Aj keď tieto moduly BCI neboli špeciálne navrhnuté tak, aby spolupracovali mozog-mozognie je ťažké si predstaviť, že môžu byť použité na takéto účely.

Okrem vyššie uvedeného existuje ešte jedno chápanie „biohackingu“, ktoré je módne najmä v Silicon Valley a spočíva v rôznych typoch wellness procedúr s niekedy pochybnými vedeckými základmi. Sú medzi nimi rôzne diéty a techniky cvičenia, ako aj vr. transfúzia mladej krvi, ako aj implantácia podkožných čipov. Bohatí v tomto prípade myslia na niečo ako „hacknutie smrti“ alebo staroby. Zatiaľ neexistujú žiadne presvedčivé dôkazy o tom, že metódy, ktoré používajú, dokážu výrazne predĺžiť život, nehovoriac o nesmrteľnosti, o ktorej niektorí snívajú.