Хаковање природе

Сама природа може да нас научи како да хакујемо природу, као што су пчеле, за које су Марк Мешер и Консуело Де Мораес из ЕТХ Цириха приметили да су вешти у грицкању лишћа како би „охрабрили“ биљке да цветају.

Занимљиво је да покушаји да се ови третмани инсеката реплицирају нашим методама нису били успешни и научници се сада питају да ли је тајна ефективног оштећења листова од инсеката у јединственом обрасцу који користе, или можда у увођењу неких супстанци од стране пчела. . На другима биохацкинг поља ипак нам иде боље.

На пример, инжењери су недавно открили како трансформишу спанаћ у сензорне системе животне срединешто вас може упозорити на присуство експлозива. 2016. године, хемијски инжењер Минг Хао Вонг и његов тим са МИТ-а пресађивали су угљеничне наноцеви у листове спанаћа. Трагови експлозивакоје је биљка апсорбовала кроз ваздух или подземне воде, направила наноцеви емитују флуоресцентни сигнал. Да би се ухватио такав сигнал из фабрике, мала инфрацрвена камера је била усмерена на лист и причвршћена на Распберри Пи чип. Када је камера открила сигнал, покренула је упозорење путем е-поште. Након што је развио наносензоре у спанаћу, Вонг је почео да развија друге апликације за технологију, посебно у пољопривреди за упозорења на сушу или штеточине.

феномен биолуминисценције, на пример. у лигњама, медузама и другим морским створењима. Француска дизајнерка Сандра Реј уводи биолуминисценцију као природан начин осветљења, односно стварање „живих” лампиона који емитују светлост без струје (2). Реј је оснивач и извршни директор Гловее, компаније за биолуминисцентно осветљење. Он предвиђа да би једног дана могли заменити конвенционалну електричну уличну расвету.

2. Визуелизација Гловее осветљења

За производњу светлости, Гловее техничари запошљавају биолуминисценцијски ген добијене од хавајске сипе у бактерије Е. цоли, а затим оне узгајају бактерије. Програмирањем ДНК, инжењери могу да контролишу боју светлости, када се она гаси и укључује, и многе друге модификације. Овим бактеријама је очигледно потребна нега и исхрана да би остале живе и сијале, тако да компанија ради на томе да светла буду дуже упаљена. За сада, Реј каже за Виред, имају један систем који траје шест дана. Тренутни ограничени животни век светла значи да су углавном погодне за догађаје или фестивале у овом тренутку.

Кућни љубимци са електронским ранчевима

Можете гледати инсекте и покушати да их имитирате. Такође можете покушати да их „хакујете“ и користите као... минијатурни дронови. Бумбари су опремљени „ранчевима“ сензора, попут оних које фармери користе да надгледају своја поља (3). Проблем са микродронима је снага. Не постоји такав проблем са инсектима. Неуморно лете. Инжењери су у свој „пртљаг“ напунили сензоре, меморију за складиштење података, пријемнике за праћење локације и батерије за напајање електронике (односно, много мањег капацитета) – све тежине 102 милиграма. Док инсекти обављају свој свакодневни посао, сензори мере температуру и влажност и њихов положај се прати помоћу радио сигнала. Након повратка у кошницу, подаци се преузимају и батерија се бежично пуни. Тим научника своју технологију назива Ливинг ИоТ.

3. Живи ИоТ, који је бумбар са електронским системом на леђима

Зоолог Макс Планк Институт за орнитологију. Мартин Викелски одлучио да тестира популарно веровање да животиње имају урођену способност да осећају предстојеће катастрофе. Викелски води међународни пројекат сензора за животиње ИЦАРУС. Аутор дизајна и истраживања је стекао славу када је приложио ГПС беацонс животиње (4), како велике тако и мале, у циљу проучавања утицаја појава на њихово понашање. Научници су, између осталог, показали да повећано присуство белих рода може указивати на појаву скакаваца, а локација и телесна температура патака патака могу указивати на ширење птичјег грипа међу људима.

4. Мартин Викелски и рода предајник

Сада Викелски користи козе да открије да ли постоји нешто у древним теоријама да животиње „знају“ о предстојећим земљотресима и вулканским ерупцијама. Непосредно након огромног земљотреса у Норчији у Италији 2016. године, Викелски је огрлио стоку у близини епицентра да види да ли су се понашали другачије пре потреса. Свака крагна је садржала обоје ГПС уређај за праћење, као акцелерометар.

Касније је објаснио да се овим праћењем 2/18 могло идентификовати „нормално“ понашање, а затим тражити абнормалности. Викелски и његов тим су приметили да су животиње повећале своје убрзање у сатима пре него што се земљотрес догодио. Приметио је „периоде упозорења“ у распону од XNUMX до XNUMX сати, у зависности од удаљености од епицентра. Викелски подноси патент за систем упозорења на катастрофе заснован на колективном понашању животиња у односу на почетну линију.

Побољшајте ефикасност фотосинтезе

Земља живи јер сади по целом свету ослобађају кисеоник као нуспродукт фотосинтезеа неке од њих постају додатна хранљива храна. Међутим, фотосинтеза је несавршена, упркос милионима година еволуције. Истраживачи са Универзитета Илиноис почели су да раде на отклањању недостатака у фотосинтези, за коју верују да би могла повећати приносе усева до 40 одсто.

Фокусирали су се на процес који се назива фотореспирацијашто није толико део фотосинтезе колико њена последица. Као и многи биолошки процеси, фотосинтеза не функционише увек савршено. Током фотосинтезе, биљке узимају воду и угљен-диоксид и претварају их у шећере (храну) и кисеоник. Биљкама није потребан кисеоник, па се уклања.

Истраживачи су изоловали ензим назван рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (РуБисЦО). Овај протеински комплекс везује молекул угљен-диоксида за рибулоза-1,5-бисфосфат (РуБисЦО). Током векова, Земљина атмосфера је постала више кисеоникована, што значи да РуБисЦО мора да се носи са више молекула кисеоника помешаних са угљен-диоксидом. У једном од четири случаја, РуБисЦО грешком ухвати молекул кисеоника и то утиче на перформансе.

Због несавршености у овом процесу, биљкама остају токсични нуспроизводи као што су гликолат и амонијак. Прерада ових једињења (путем фотореспирације) захтева енергију, што повећава губитке који настају услед неефикасности фотосинтезе. Ово узрокује недостатак пиринча, пшенице и соје, а РуБисЦО постаје још мање тачан како температура расте, напомињу аутори студије. То значи да како се глобално загревање повећава, залихе хране могу пасти.

Ово решење је део програма под називом (РИПЕ) и укључује увођење нових гена који фотореспирацију чине бржим и енергетски ефикаснијим. Тим је развио три алтернативна пута користећи нове генетске секвенце. Ови путеви су оптимизовани за 1700 различитих биљних врста. Током две године, научници су тестирали ове секвенце користећи модификовани дуван. То је уобичајена биљка у науци јер је њен геном изузетно добро проучен. Више ефикасни начини фотореспирације омогућавају биљкама да уштеде значајне количине енергије, која се може искористити за њихов раст. Следећи корак је увођење гена у прехрамбене усеве као што су соја, пасуљ, пиринач и парадајз.

Вештачке крвне ћелије и генски исечци

Хаковање природе ово на крају води до саме особе. Прошле године, јапански научници су известили да су развили вештачку крв која се може користити на било ком пацијенту, без обзира на крвну групу, која има неколико примена у стварном свету у медицини трауме. Недавно су научници направили још већи пробој стварањем синтетичких црвених крвних зрнаца (5). Ове вештачке крвне ћелије они не само да показују својства својих природних аналога, већ имају и проширене могућности. Тим са Универзитета у Новом Мексику, Националне лабораторије Сандиа и Политехничког универзитета Јужне Кине створио је црвена крвна зрнца која не само да могу да служе као преносиоци кисеоника у различите делове тела, већ и да испоручују лекове, осећају токсине и обављају друге задатке. .

5. Синтетичка крвна ћелија

Процес стварања вештачких крвних зрнаца покренуле су га природне ћелије које су прво биле обложене танким слојем силицијум диоксида, а затим слојевима позитивних и негативних полимера. Силицијум се затим урезује и на крају је површина обложена природним мембранама црвених крвних зрнаца. Ово је довело до стварања вештачких црвених крвних зрнаца које имају исту величину, облик, наелектрисање и површинске протеине као и права ствар.

Истраживачи су такође показали флексибилност новоформираних крвних зрнаца гурајући их кроз мале прорезе у капиларама модела. Коначно, када су тестирани на мишевима, нису пронађени токсични нежељени ефекти чак ни након 48 сати циркулације. Тестови су напунили ове ћелије хемоглобином, лековима против рака, сензорима токсичности или магнетним наночестицама како би показали да могу да носе различите врсте наелектрисања. Вештачке ћелије такође могу деловати као мамац за патогене.

Хаковање природе ово на крају доводи до идеје о генетској корекцији, поправљању и инжењерингу људи и отварању можданих интерфејса за директну комуникацију између мозга и мозга.

Тренутно постоји много забринутости и анксиозности око могућности људске генетске модификације. Аргументи у прилог су такође јаки, на пример да технике генетске манипулације могу помоћи у уклањању болести. Они могу елиминисати многе облике бола и анксиозности. Они могу повећати интелигенцију и дуговечност људи. Неки људи иду толико далеко да кажу да могу променити скалу људске среће и продуктивности за много редова величине.

Генетски инжењерингако би се његове очекиване последице схватиле озбиљно, могло би се посматрати као историјски догађај раван камбријској експлозији, која је променила темпо еволуције. Када већина људи помисли на еволуцију, мисли на биолошку еволуцију кроз природну селекцију, али се испоставило да се могу замислити и други њени облици.

Од КСНУМКС-а, људи су почели да модификују ДНК биљака и животиња (такође видети: ), Стварање генетски модификована хранаитд. Тренутно се сваке године роди пола милиона беба путем вантелесне оплодње. Све више, ови процеси такође укључују секвенционирање ембриона за скрининг на болести и идентификацију ембриона који је највише одржив (облик генетског инжењеринга, иако без стварних активних промена у геному).

Са појавом ЦРИСПР-а и сличних технологија (6), видели смо експлозију истраживања у стварању стварних промена у ДНК. Хе Јианкуи је 2018. године створио прву генетски модификовану децу у Кини, због чега је послат у затвор. Ово питање је тренутно предмет интензивне етичке дебате. 2017. године, Национална академија наука САД и Национална академија медицине одобриле су концепт уређивања људског генома, али само „након што се одговори на питања безбедности и перформанси“ и „само у случајевима озбиљне болести и под строгим надзором“.

Контроверзе произилазе са становишта „дизајнерских беба“, односно дизајнирања људи одабиром особина које беба која ће се родити треба да има. То је непожељно јер се верује да ће само богати и привилеговани људи имати приступ таквим методама. Чак и ако је такав дизајн технички немогућ дуго времена, чак ће и бити генетска манипулација у погледу делеције гена за дефекте и болести нису јасно процењене. Опет, како се многи плаше, ово ће бити доступно само неколицини одабраних.

Међутим, то није тако једноставно као дугмад за искључивање и пребацивање као што замишљају они који ЦРИСПР познају углавном из илустрација за штампу. Многе људске карактеристике и подложност болестима не контролишу један или два гена. Болести су разноврсне, у распону од присуство једног гена, стварајући услове за хиљаде варијација ризика, повећавајући или смањујући осетљивост на факторе средине. Међутим, иако су многе болести, као што су депресија и дијабетес, полигене, једноставно одсецање појединачних гена често помаже. На пример, Верве развија генске терапије које смањују преваленцију кардиоваскуларних болести, једног од водећих узрока смрти широм света. релативно мала издања генома.

За сложене задатке, и то један од њих полигенске основе болести, употреба вештачке интелигенције је недавно постала рецепт. Надовезује се на компаније попут оне која је почела да нуди родитељима полигенске процене ризика. Поред тога, секвенцирани скупови геномских података постају све већи и већи (неки са више од милион секвенцираних генома), што ће временом побољшати тачност модела машинског учења.

Мрежа мозга

У својој књизи, Мигел Николелис, један од пионира онога што је сада познато као „хаковање мозга“, назвао је повезаност будућношћу човечанства, следећом етапом у еволуцији наше врсте. Спровео је студије у којима је повезао мозгове неколико пацова користећи сложене имплантиране електроде познате као интерфејси мозак-мозак.

Николис и његове колеге описали су ово достигнуће као први „органски рачунар“ са живим мозговима повезаним као да су вишеструки микропроцесори. Животиње у овој мрежи научиле су да синхронизују електричну активност својих нервних ћелија на исти начин као у било ком појединачном мозгу. Мрежни мозак је тестиран за ствари попут његове способности да разликује два различита обрасца електричних стимуланса, и они генерално надмашују појединачне животиње. Ако су међусобно повезани мозгови пацова "паметнији" од било које појединачне животиње, замислите могућности биолошког суперкомпјутера који је међусобно повезан људским мозгом. Таква мрежа би могла омогућити људима да раде преко језичких баријера. Поред тога, ако су резултати студије на пацовима тачни, умрежавање људског мозга могло би побољшати перформансе, или се барем тако чини.

Недавно су спроведени експерименти, такође поменути на страницама МТ-а, који су се састојали од комбиновања мождане активности мале мреже људи. Троје људи који су седели у различитим собама радили су заједно како би правилно оријентисали блок како би могао да премости јаз између других блокова у видео игрици налик Тетрису. Двоје људи који су се понашали као "пошиљаоци", носећи на глави електроенцефалографе (ЕЕГ) који су снимали електричну активност њихових мозгова, видели су прорез и знали да ли да ротирају блок како би га прилагодили. Трећа особа, која је деловала као „прималац“, није знала тачно решење и морала је да се ослони на упутства која су директно послата из мозга пошиљаоца. Укупно је пет група људи тестирано помоћу ове мреже, назване „БраинНет“ (7), и у просеку су постигли више од 80% тачности на задатку.

7. Фотографија из БраинНет експеримента

Да би закомпликовали задатак, истраживачи су понекад додавали шум сигналу који је послао један од пошиљалаца. Када су суочени са конфликтним или двосмисленим упутствима, примаоци су брзо научили да идентификују и прате прецизнија упутства пошиљаоца. Истраживачи напомињу да је ово први извештај да су мозгови многих људи повезани на потпуно неинвазиван начин. Они тврде да је број људи чији се мозак може умрежити практично неограничен. Они такође сугеришу да би се пренос информација коришћењем неинвазивних метода могао побољшати истовременим снимањем мождане активности коришћењем (фМРИ), јер ово потенцијално повећава количину информација коју емитер може пренети. Међутим, фМРИ није једноставна процедура и закомпликоваће ионако изузетно тежак задатак. Истраживачи такође сугеришу да би сигнал могао бити усмерен на одређена подручја мозга како би се покренула свест о специфичном семантичком садржају у мозгу примаоца.

Истовремено, алати се брзо развијају за инвазивније и можда ефикасније повезивање са мозгом. Елон Муск недавно је најавио развој БЦИ имплантата који садржи КСНУМКС електроде како би омогућио широку комуникацију између рачунара и можданих нервних ћелија. (ДАРПА) је развио имплантабилни неуронски интерфејс који може истовремено да ангажује милион нервних ћелија. Иако ови БЦИ модули нису дизајнирани посебно за интероперацију мозак-мозакније тешко замислити да би се могли користити у такве сврхе.

Поред наведеног, постоји још једно схватање „биохакинга“, које је модерно посебно у Силицијумској долини и састоји се од различитих врста здравствених процедура са понекад сумњивим научним основама. То укључује разне дијете и технике вежбања, као и... трансфузија младе крви, као и имплантација поткожних чипова. У овом случају, богати размишљају о нечему попут „хаковања смрти“ или старости. Још нема убедљивих доказа да методе које користе могу значајно да продуже живот, а да не говоримо о бесмртности о којој неки сањају.