Хакирање на природата

Самата природа може да нè научи како да се пробиваме во природата, како пчелите, што Марк Мешер и Консуело Де Мораес од ЕТХ во Цирих забележаа дека тие стручно ги грицкаат лисјата за да ги „охрабрат“ растенијата да цветаат.

Интересно, обидите да се реплицираат овие третмани со инсекти со нашите методи беа неуспешни, а научниците сега се прашуваат дали тајната за ефективно оштетување на листовите од инсекти лежи во уникатната шема што ја користат или можеби во внесувањето на некои супстанции од пчелите. На другите биохакинг полиња сепак, ние работиме подобро.

На пример, инженерите неодамна открија како претвори спанаќ во еколошки сензорни системишто може да ве предупреди за присуство на експлозиви. Во 2016 година, хемискиот инженер Минг Хао Вонг и неговиот тим од MIT пресадиле јаглеродни наноцевки во листовите спанаќ. Траги од експлозивкои растението ги апсорбирало преку воздухот или подземните води, правеле наноцевки емитуваат флуоресцентен сигнал. За да се сними таков сигнал од фабриката, мала инфрацрвена камера била насочена кон листот и прикачена на Raspberry Pi чип. Кога камерата открила сигнал, активирала предупредување преку е-пошта. Откако разви наносензори во спанаќот, Вонг почна да развива и други апликации за технологијата, особено во земјоделството за предупредување за суша или штетници.

феноменот на биолуминисценција, на пример. во лигњи, медузи и други морски суштества. Француската дизајнерка Сандра Реј ја претставува биолуминисценцијата како природен начин на осветлување, односно создавање на „живи“ лампиони кои емитуваат светлина без струја (2). Реј е основач и извршен директор на Glowee, компанија за биолуминисцентно осветлување. Тој предвидува дека еден ден ќе можат да го заменат конвенционалното електрично улично осветлување.

2. Визуелизација на осветлување на Glowee

За производство на светлина, техничарите на Glowee вклучуваат ген за биолуминисценција добиени од хавајски сипи во бактерии E. coli, а потоа тие ги одгледуваат овие бактерии. Со програмирање на ДНК, инженерите можат да ја контролираат бојата на светлината кога се исклучува и вклучува, како и многу други модификации. Овие бактерии очигледно треба да се грижат и да се хранат за да останат живи и сјајни, па компанијата работи на тоа да го задржи светлото подолго вклучено. Во моментов, вели Реи во Wired, тие имаат еден систем кој работи шест дена. Моменталниот ограничен животен век на светилките значи дека во моментов тие се претежно погодни за настани или фестивали.

Домашни миленици со електронски ранци

Можете да гледате инсекти и да се обидете да ги имитирате. Можете исто така да се обидете да ги „хакнете“ и да ги користите како… минијатурни дронови. Бумбарите се опремени со „ранци“ со сензори, како оние што ги користат фармерите за да ги надгледуваат нивните ниви (3). Проблемот со микродроните е моќта. Таков проблем со инсектите нема. Летаат неуморно. Инженерите го натоварија својот „багаж“ со сензори, меморија за складирање податоци, приемници за следење локација и батерии за напојување на електрониката (односно, многу помал капацитет) - сето тоа тежи 102 милиграми. Додека инсектите ги извршуваат секојдневните активности, сензорите ги мерат температурата и влажноста, а нивната позиција се следи со помош на радио сигнал. По враќањето во кошницата, податоците се преземаат и батеријата безжично се полни. Тимот научници својата технологија ја нарекува Living IoT.

3. Live IoT, кој е бумбар со електронски систем на грбот

Зоолог на Институтот за орнитологија Макс Планк. Мартин Викелски решил да го тестира популарното верување дека животните имаат вродена способност да ги насетуваат претстојните катастрофи. Викелски го води меѓународниот проект за сензори за животни, ICARUS. Авторот на дизајнот и истражувањето се здоби со слава кога прикачи ГПС светилници животни (4), и големи и мали, со цел да се проучи влијанието на појавите врз нивното однесување. Научниците, меѓу другото, покажаа дека зголеменото присуство на бели штркови може да биде показател за наезда од скакулци, а локацијата и температурата на телото на патките од дива патка може да биде показател за ширење на птичјиот грип меѓу луѓето.

4. Мартин Викелски и предавателот штрк

Сега Викелски користи кози за да открие дали има нешто во античките теории дека животните „знаат“ за претстојните земјотреси и вулкански ерупции. Веднаш по масовниот земјотрес во Норсија во 2016 година во Италија, Викелски ја вртеше стоката во близина на епицентарот за да види дали тие се однесувале поинаку пред потресите. Секоја јака ги содржеше и двете GPS уред за следењекако акцелерометар.

Тој подоцна објасни дека со такво деноноќно следење е можно да се идентификува „нормалното“ однесување и потоа да се бараат абнормалности. Викелски и неговиот тим забележале дека животните го зголемиле своето забрзување неколку часа пред да се случи земјотресот. Тој забележал „периоди на предупредување“ од 2 до 18 часа, во зависност од оддалеченоста од епицентарот. Викелски аплицира за патент за систем за предупредување при катастрофи заснован на колективното однесување на животните во однос на основната линија.

Подобрете ја ефикасноста на фотосинтезата

Земјата живее затоа што сади насекаде низ светот ослободуваат кислород како нуспроизвод на фотосинтезатаа некои од нив стануваат дополнителна хранлива храна. Сепак, фотосинтезата е несовршена, и покрај многуте милиони години еволуција. Истражувачите од Универзитетот во Илиноис почнаа да работат на корекција на дефектите во фотосинтезата, за што веруваат дека може да го зголеми приносот на земјоделските култури и до 40 проценти.

Тие се фокусираа на процес наречен фотореспирацијашто не е толку дел од фотосинтезата колку што е нејзина последица. Како и многу биолошки процеси, фотосинтезата не секогаш функционира совршено. За време на фотосинтезата, растенијата земаат вода и јаглерод диоксид и ги претвораат во шеќери (храна) и кислород. На растенијата не им треба кислород, па затоа се отстранува.

Истражувачите изолираа ензим наречен рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCO). Овој протеински комплекс врзува молекула на јаглерод диоксид со рибулоза-1,5-бисфосфат (RuBisCO). Со текот на вековите, атмосферата на Земјата станала повеќе оксидирана, што значи дека RuBisCO мора да се справи со повеќе молекули на кислород измешани со јаглерод диоксид. Во еден од четири случаи, RuBisCO погрешно зафаќа молекула на кислород и тоа влијае на перформансите.

Поради несовршеноста на овој процес, растенијата остануваат со токсични нуспроизводи како што се гликолат и амонијак. За обработка на овие соединенија (преку фотореспирација) потребна е енергија, која се додава на загубите кои произлегуваат од неефикасноста на фотосинтезата. Авторите на студијата забележуваат дека поради тоа се дефицитарни оризот, пченицата и сојата, а RuBisCO станува уште помалку прецизен со зголемувањето на температурата. Тоа значи дека како што се засилува глобалното затоплување, може да дојде до намалување на залихите на храна.

Ова решение е дел од програмата наречена (RIPE) и вклучува воведување нови гени кои го прават фотореспирацијата побрза и енергетски поефикасна. Тимот разви три алтернативни патишта користејќи ги новите генетски секвенци. Овие патишта се оптимизирани за 1700 различни растителни видови. Две години, научниците ги тестираа овие секвенци користејќи модифициран тутун. Тоа е вообичаено растение во науката бидејќи неговиот геном е исклучително добро разбран. Повеќе ефикасни патишта за фотореспирација им овозможи на растенијата да заштедат значителна количина на енергија што може да се искористи за нивниот раст. Следниот чекор е да се воведат гени во прехранбените култури како што се соја, грав, ориз и домати.

Вештачки крвни клетки и исечоци од гени

Хакирање на природата ова на крајот води до самиот човек. Минатата година јапонските научници објавија дека развиле вештачка крв што може да се користи кај секој пациент, без разлика на крвната група, која има неколку реални примени во медицината за траума. Неодамна, научниците направија уште поголем пробив со создавање синтетички црвени крвни зрнца (5). Овие вештачки крвни зрнца тие не само што ги покажуваат својствата на нивните природни колеги, туку имаат и подобрени способности. Тим од Универзитетот во Ново Мексико, Националната лабораторија Сандија и Политехничкиот универзитет на Јужна Кина создадоа црвени крвни зрнца кои не само што можат да носат кислород до различни делови од телото, туку и да доставуваат лекови, да чувствуваат токсини и да вршат други задачи. .

5. Синтетички крвни зрнца

Процесот на создавање вештачки крвни зрнца беше инициран од природни ќелии кои прво беа обложени со тенок слој силициум диоксид, а потоа со слоеви на позитивни и негативни полимери. Силиката потоа се гравира и на крајот површината е покриена со природни еритроцитни мембрани. Ова доведе до создавање на вештачки еритроцити, со големина, облик, полнење и површински протеини слични на вистинските.

Покрај тоа, истражувачите ја демонстрираа флексибилноста на новоформираните крвни зрнца туркајќи ги низ малите празнини во моделските капилари. Конечно, кога се тестираше на глувци, не беа откриени токсични несакани ефекти дури и по 48 часа од циркулацијата. Тестовите ги наполнија овие клетки со хемоглобин, лекови против рак, сензори за токсичност или магнетни наночестички за да покажат дека можат да носат различни типови на полнења. Вештачките клетки можат да дејствуваат и како мамка за патогени.

Хакирање на природата ова на крајот води кон идејата за генетска корекција, фиксирање и инженеринг на луѓето и отворање на мозочни интерфејси за директна комуникација помеѓу мозоците.

Во моментов, има многу вознемиреност и загриженост за изгледите за човечка генетска модификација. Аргументите во корист се исто така силни, како на пример дека техниките на генетска манипулација можат да помогнат да се елиминира болеста. Тие можат да елиминираат многу форми на болка и анксиозност. Тие можат да ја зголемат интелигенцијата и долговечноста на луѓето. Некои луѓе одат толку далеку што велат дека можат да ја променат скалата на човечката среќа и продуктивност со многу поредоци на големина.

Генетскиот инженерингдоколку неговите очекувани последици се сфатат сериозно, тоа би можело да се сфати како историски настан, еднаков на камбриската експлозија, која го промени темпото на еволуцијата. Кога повеќето луѓе размислуваат за еволуцијата, мислат на биолошката еволуција преку природна селекција, но како што се испостави, може да се замислат и други форми на тоа.

Почнувајќи од XNUMX-тите, луѓето почнаа да ја менуваат ДНК на растенијата и животните (исто така види: ), создавање генетски модифицирана хранаитн. Во моментов, половина милион деца се раѓаат секоја година со помош на ИВФ. Сè повеќе, овие процеси, исто така, вклучуваат секвенционирање на ембриони за скрининг на болести и одредување на најостварливиот ембрион (форма на генетски инженеринг, иако без вистински активни промени во геномот).

Со доаѓањето на CRISPR и слични технологии (6), бевме сведоци на бум во истражувањето за правење вистински промени во ДНК. Во 2018 година, Хе Џианкуи ги создаде првите генетски модифицирани деца во Кина, поради што беше испратен во затвор. Во моментов, ова прашање е предмет на жестока етичка дебата. Во 2017 година, Националната академија на науките на САД и Националната академија за медицина го одобрија концептот за уредување на човечкиот геном, но само „откако ќе се најдат одговори на прашањата за безбедност и перформанси“ и „само во случај на сериозни болести и под строг надзор. "

Ставот на „дизајнерските бебиња“, односно дизајнирањето на луѓето со избирање на особините што треба да ги има детето за да се роди, предизвикува контроверзии. Ова е непожелно бидејќи се верува дека само богатите и привилегираните ќе имаат пристап до такви методи. Дури и ако таков дизајн е технички невозможен долго време, тоа дури и ќе биде генетска манипулација во однос на бришењето на гените за дефекти и болести не се јасно оценети. Повторно, како што многумина се плашат, ова ќе биде достапно само за неколку избрани.

Сепак, ова не е толку едноставно отсекување и вклучување копчиња како што замислуваат оние кои се запознаени со CRISPR главно од илустрациите во печатот. Многу човечки карактеристики и подложност на болести не се контролирани од еден или два гени. Болестите се движат од има еден ген, создавање услови за многу илјадници опции за ризик, зголемување или намалување на подложноста на факторите на животната средина. Меѓутоа, иако многу болести, како што се депресијата и дијабетесот, се полигенски, дури и едноставното отсекување на поединечни гени често помага. На пример, Verve развива генска терапија која ја намалува преваленцата на кардиоваскуларни болести, една од водечките причини за смрт во светот. релативно мали изданија на геномот.

За сложени задачи, и една од нив полигенска основа на болеста, употребата на вештачка интелигенција неодамна стана рецепт. Се заснова на компании како онаа што почна да им нуди на родителите полигенска проценка на ризикот. Дополнително, секвенцираните геномски збирки на податоци стануваат сè поголеми и поголеми (некои со секвенционирани над милион геноми), што ќе ја зголеми точноста на моделите за машинско учење со текот на времето.

мозочна мрежа

Во својата книга, Мигел Николелис, еден од пионерите на она што сега е познато како „хакирање на мозокот“, ја нарече комуникацијата иднината на човештвото, следната фаза во еволуцијата на нашиот вид. Спровел истражување во кое поврзал мозоци на неколку стаорци користејќи софистицирани имплантирани електроди познати како интерфејси мозок-мозок.

Николелис и неговите колеги го опишаа достигнувањето како првиот „органски компјутер“ со живи мозоци поврзани заедно како да се повеќе микропроцесори. Животните во оваа мрежа научија да ја синхронизираат електричната активност на нивните нервни клетки на ист начин како и во секој поединечен мозок. Вмрежениот мозок е тестиран за работи како неговата способност да прави разлика помеѓу два различни модели на електрични дразби, и тие обично ги надминуваат индивидуалните животни. Ако меѓусебно поврзаните мозоци на стаорци се „попаметни“ од оние на кое било животно, замислете ги можностите на биолошкиот суперкомпјутер меѓусебно поврзан со човечки мозок. Таквата мрежа би можела да им овозможи на луѓето да работат преку јазичните бариери. Исто така, ако резултатите од студијата за стаорци се точни, вмрежувањето на човечкиот мозок може да ги подобри перформансите, или така изгледа.

Имаше неодамнешни експерименти, споменати и на страниците на МТ, кои вклучуваа здружување на мозочната активност на мала мрежа на луѓе. Тројца луѓе кои седеа во различни простории работеа заедно за правилно да го ориентираат блокот за да може да го премости јазот помеѓу другите блокови во видео игра слична на тетрис. Две лица кои делуваа како „испраќачи“, со електроенцефалографи (ЕЕГ) на нивните глави кои ја снимаа електричната активност на нивниот мозок, ја видоа празнината и знаеја дали блокот треба да се ротира за да се вклопи. Третото лице, кое се однесуваше како „примач“, не го знаеше точното решение и мораше да се потпре на инструкциите испратени директно од мозокот на испраќачите. Со оваа мрежа наречена „BrainNet“ (7) беа тестирани вкупно пет групи луѓе и во просек постигнаа над 80% точност на задачата.

7. Фотографија од експериментот BrainNet

За да ги отежнат работите, истражувачите понекогаш додавале бучава на сигналот испратен од еден од испраќачите. Соочени со конфликтни или двосмислени насоки, примателите брзо научија да ги идентификуваат и да ги следат попрецизните упатства на испраќачот. Истражувачите забележуваат дека ова е прв извештај дека мозокот на многу луѓе е поврзан на целосно неинвазивен начин. Тие тврдат дека бројот на луѓе чии мозоци може да се вмрежат е практично неограничен. Тие, исто така, сугерираат дека преносот на информации со користење на неинвазивни методи може да се подобри со истовремено снимање на мозочната активност (fMRI), бидејќи тоа потенцијално ја зголемува количината на информации што може да ги пренесе радиодифузерот. Сепак, fMRI не е лесна процедура и ќе ја искомплицира веќе исклучително тешката задача. Истражувачите, исто така, шпекулираат дека сигналот може да биде насочен кон одредени области на мозокот за да предизвика свесност за специфична семантичка содржина во мозокот на примачот.

Во исто време, алатките за поинвазивна и можеби поефикасна поврзаност на мозокот брзо се развиваат. Илон Маск неодамна објави развој на имплант BCI кој содржи XNUMX електроди за да се овозможи широка комуникација помеѓу компјутерите и нервните клетки во мозокот. (DARPA) разви имплантиран нервен интерфејс способен истовремено да испука милион нервни клетки. Иако овие BCI модули не беа специјално дизајнирани за меѓусебна работа мозок-мозокне е тешко да се замисли дека тие можат да се користат за такви цели.

Покрај горенаведеното, постои уште едно разбирање за „биохакирањето“, кое е модерно особено во Силиконската долина и се состои во различни видови велнес процедури со понекогаш сомнителни научни основи. Меѓу нив се различни диети и техники за вежбање, како и вкл. трансфузија на млада крв, како и имплантација на поткожни чипови. Во овој случај, богатите мислат на нешто како „хакерска смрт“ или старост. Засега нема убедливи докази дека методите што ги користат можат значително да го продолжат животот, а да не зборуваме за бесмртноста за која некои сонуваат.