Vdiranje narave

Narava sama nas lahko nauči, kako vdreti v naravo, kot čebele, za kar sta Mark Mescher in Consuelo De Moraes iz ETH v Zürichu ugotovila, da strokovno grizeta liste, da "spodbujajo" rastline k cvetenju.

Zanimivo je, da so bili poskusi, da bi te obdelave žuželk ponovili z našimi metodami, neuspešni in znanstveniki se zdaj sprašujejo, ali je skrivnost učinkovite poškodbe listov z žuželkami v edinstvenem vzorcu, ki ga uporabljajo, ali morda v vnosu nekaterih snovi s strani čebel. Na drugih biohacking polja vendar nam gre bolje.

Na primer, inženirji so pred kratkim odkrili, kako spremeni špinačo v okoljske senzorične sistemeki vas lahko opozori na prisotnost eksploziva. Leta 2016 sta kemijski inženir Ming Hao Wong in njegova ekipa na MIT presadila ogljikove nanocevke v liste špinače. sledi eksplozivaki jih je rastlina absorbirala skozi zrak ali podtalnico, je izdelala nanocevke oddajajo fluorescentni signal. Za zajemanje takšnega signala iz tovarne je bila majhna infrardeča kamera usmerjena v list in pritrjena na čip Raspberry Pi. Ko je kamera zaznala signal, je sprožila e-poštno opozorilo. Po razvoju nanosenzorjev v špinači je Wong začel razvijati druge aplikacije za tehnologijo, zlasti v kmetijstvu, da bi opozoril na sušo ali škodljivce.

pojav bioluminiscence, npr. pri lignjih, meduzah in drugih morskih bitjih. Francoska oblikovalka Sandra Rey predstavlja bioluminiscenco kot naraven način osvetlitve, torej ustvarjanje »živih« luči, ki oddajajo svetlobo brez elektrike (2). Ray je ustanovitelj in izvršni direktor Glowee, podjetja za bioluminiscentno razsvetljavo. Napoveduje, da bodo nekega dne lahko nadomestili običajno električno ulično razsvetljavo.

2. Vizualizacija osvetlitve Glowee

Za proizvodnjo svetlobe so vključeni tehniki Glowee bioluminiscenčni gen pridobljene iz havajske sipe v bakterije E. coli, nato pa te bakterije gojijo. S programiranjem DNK lahko inženirji nadzorujejo barvo svetlobe, ko se ugasne in prižge, ter številne druge modifikacije. Za te bakterije je očitno treba skrbeti in jih hraniti, da ostanejo žive in sijoče, zato si podjetje prizadeva, da bi luč ohranila dlje. Trenutno, pravi Rei pri Wiredu, imajo en sistem, ki deluje že šest dni. Trenutna omejena življenjska doba svetilk pomeni, da so trenutno večinoma primerne za dogodke ali festivale.

Hišni ljubljenčki z elektronskimi nahrbtniki

Lahko opazujete žuželke in jih poskušate posnemati. Lahko jih tudi poskusite "vdreti" in uporabiti kot ... miniaturni droni. Čmrlji so opremljeni z "nahrbtniki" s senzorji, kot jih uporabljajo kmetje za spremljanje svojih njiv (3). Problem mikrodronov je moč. Pri žuželkah takšne težave ni. Neutrudno letijo. Inženirji so svojo »prtljago« naložili s senzorji, pomnilnikom za shranjevanje podatkov, sprejemniki za sledenje lokacije in baterijami za napajanje elektronike (torej veliko manjše kapacitete) – vse skupaj tehta 102 miligrama. Ko žuželke opravljajo vsakodnevne dejavnosti, senzorji merijo temperaturo in vlažnost, njihov položaj pa spremljajo z radijskim signalom. Po vrnitvi v panj se podatki naložijo in baterija se brezžično polni. Ekipa znanstvenikov svojo tehnologijo imenuje Living IoT.

3. Live IoT, ki je čmrlj z elektronskim sistemom na hrbtu

Zoolog na Inštitutu Max Planck za ornitologijo. Martin Wikelski odločil preizkusiti splošno prepričanje, da imajo živali prirojeno sposobnost zaznavanja bližajočih se nesreč. Wikelski vodi mednarodni projekt zaznavanja živali ICARUS. Avtor zasnove in raziskave je pridobil na glasu, ko je priložil GPS svetilniki živali (4), tako velike kot majhne, ​​da bi preučili vpliv pojavov na njihovo vedenje. Znanstveniki so med drugim dokazali, da lahko povečana prisotnost belih štorkelj kaže na napade kobilic, lokacija in telesna temperatura rac mlakaric pa lahko kažeta na širjenje aviarne influence med ljudmi.

4. Martin Wikelski in oddajna štorklja

Zdaj Wikelski uporablja koze, da bi ugotovil, ali je v starodavnih teorijah nekaj, kar živali "vedo" o bližajočih se potresih in vulkanskih izbruhih. Takoj po velikem potresu v Norcii leta 2016 v Italiji je Wikelski ovratil živino blizu epicentra, da bi ugotovil, ali se pred sunki obnašajo drugače. Vsaka ovratnica je vsebovala oboje GPS sledilna napravakot merilnik pospeška.

Kasneje je pojasnil, da bi s takšnim 2-urnim spremljanjem lahko ugotovili »normalno« vedenje in nato iskali nepravilnosti. Wikelski in njegova ekipa sta ugotovila, da so živali povečale svoj pospešek v urah pred potresom. Opazil je "opozorilna obdobja" od 18 do XNUMX ur, odvisno od oddaljenosti od epicentra. Wikelski zaprosi za patent za sistem opozarjanja na nesreče, ki temelji na kolektivnem vedenju živali glede na izhodiščno vrednost.

Izboljšajte učinkovitost fotosinteze

Zemlja živi, ​​ker sadi po vsem svetu sprošča kisik kot stranski produkt fotosintezenekateri pa postanejo dodatna hranljiva hrana. Vendar je fotosinteza kljub mnogim milijonom let evolucije nepopolna. Raziskovalci na Univerzi v Illinoisu so začeli delati na odpravljanju napak pri fotosintezi, ki bi po njihovem mnenju lahko povečala pridelek do 40 odstotkov.

Osredotočili so se na proces, imenovan fotorespiracijaki ni toliko del fotosinteze kot njena posledica. Tako kot mnogi biološki procesi tudi fotosinteza ne deluje vedno popolnoma. Med fotosintezo rastline vzamejo vodo in ogljikov dioksid ter ju spremenijo v sladkorje (hrano) in kisik. Rastline ne potrebujejo kisika, zato ga odstranimo.

Raziskovalci so izolirali encim, imenovan ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza (RuBisCO). Ta proteinski kompleks veže molekulo ogljikovega dioksida na ribuloza-1,5-bisfosfat (RuBisCO). Skozi stoletja je zemeljska atmosfera postala bolj oksidirana, kar pomeni, da se mora RuBisCO ukvarjati z več molekulami kisika, pomešanimi z ogljikovim dioksidom. V enem od štirih primerov RuBisCO pomotoma zajame molekulo kisika, kar vpliva na zmogljivost.

Zaradi nepopolnosti tega procesa rastlinam ostanejo strupeni stranski produkti, kot sta glikolat in amoniak. Predelava teh spojin (s fotorespiracijo) zahteva energijo, ki se prišteje k izgubam, ki so posledica neučinkovitosti fotosinteze. Avtorji študije ugotavljajo, da zaradi tega primanjkuje riža, pšenice in soje, RuBisCO pa postaja z dvigom temperature še manj natančen. To pomeni, da se lahko zaradi krepitve globalnega segrevanja zaloge hrane zmanjšajo.

Ta rešitev je del programa, imenovanega (RIPE), in vključuje uvedbo novih genov, ki naredijo fotorespiracijo hitrejše in energetsko učinkovitejše. Ekipa je razvila tri alternativne poti z uporabo novih genetskih zaporedij. Te poti so bile optimizirane za 1700 različnih rastlinskih vrst. Dve leti so znanstveniki testirali te sekvence z uporabo modificiranega tobaka. Je pogosta rastlina v znanosti, ker je njen genom izjemno dobro razumljen. Več učinkovite načine fotorespiracije omogočijo rastlinam, da prihranijo znatno količino energije, ki se lahko porabi za njihovo rast. Naslednji korak je vnašanje genov v živilske pridelke, kot so soja, fižol, riž in paradižnik.

Umetne krvne celice in genski izrezki

Vdiranje narave to na koncu pripelje do človeka samega. Lani so japonski znanstveniki poročali, da so razvili umetno kri, ki se lahko uporablja pri vsakem pacientu, ne glede na krvno skupino, ki ima več resničnih aplikacij v medicini travme. Pred kratkim so znanstveniki naredili še večji preboj z ustvarjanjem sintetičnih rdečih krvnih celic (5). Te umetne krvne celice ne kažejo le lastnosti svojih naravnih kolegov, ampak imajo tudi izboljšane zmogljivosti. Ekipa z Univerze v Novi Mehiki, Nacionalnega laboratorija Sandia in Politehnične univerze Južne Kitajske je ustvarila rdeče krvne celice, ki ne morejo samo prenašati kisika v različne dele telesa, ampak tudi dovajajo zdravila, zaznavajo toksine in opravljajo druge naloge. .

5. Sintetična krvna celica

Postopek ustvarjanja umetnih krvnih celic sprožile so ga naravne celice, ki so bile najprej prevlečene s tanko plastjo silicijevega dioksida in nato s plastmi pozitivnih in negativnih polimerov. Silicijev dioksid se nato jedka in končno površino prekrije z naravnimi membranami eritrocitov. To je privedlo do nastanka umetnih eritrocitov, katerih velikost, oblika, naboj in površinski proteini so podobni pravim.

Poleg tega so raziskovalci dokazali fleksibilnost novonastalih krvnih celic, tako da so jih potisnili skozi drobne vrzeli v modelnih kapilarah. Končno, ko so testirali na miših, tudi po 48 urah kroženja niso odkrili nobenih toksičnih stranskih učinkov. Testi so te celice naložili s hemoglobinom, zdravili proti raku, senzorji toksičnosti ali magnetnimi nanodelci, da bi pokazali, da lahko nosijo različne vrste nabojev. Umetne celice lahko delujejo tudi kot vaba za patogene.

Vdiranje narave to na koncu vodi do ideje o genetski korekciji, popravljanju in inženiringu ljudi ter odpiranju možganskih vmesnikov za neposredno komunikacijo med možgani.

Trenutno obstaja veliko tesnobe in skrbi glede možnosti človeške genske spremembe. Močni so tudi argumenti v prid, na primer, da lahko tehnike genske manipulacije pomagajo odpraviti bolezen. Odpravljajo lahko številne oblike bolečine in tesnobe. Lahko povečajo inteligenco in dolgoživost ljudi. Nekateri ljudje gredo tako daleč, da pravijo, da lahko spremenijo lestvico človeške sreče in produktivnosti za več vrst velikosti.

Genski inženiringče bi njegove pričakovane posledice jemali resno, bi ga lahko obravnavali kot zgodovinski dogodek, enak kambrijski eksploziji, ki je spremenila tempo evolucije. Ko večina ljudi pomisli na evolucijo, pomisli na biološko evolucijo z naravno selekcijo, a kot se je izkazalo, si je mogoče zamisliti druge oblike le-te.

Od XNUMX. stoletja so ljudje začeli spreminjati DNK rastlin in živali (Poglej tudi: ), ustvarjanje gensko spremenjena živilaitd. Trenutno se s pomočjo IVF vsako leto rodi pol milijona otrok. Ti procesi vse pogosteje vključujejo tudi sekvenciranje zarodkov za odkrivanje bolezni in določanje najbolj sposobnega zarodka (oblika genskega inženiringa, čeprav brez dejanskih aktivnih sprememb genoma).

S prihodom CRISPR in podobnih tehnologij (6) smo bili priča razcvetu raziskav za dejanske spremembe DNK. Leta 2018 je He Jiankui ustvaril prve gensko spremenjene otroke na Kitajskem, zaradi česar je bil poslan v zapor. To vprašanje je trenutno predmet ostre etične razprave. Leta 2017 sta Ameriška nacionalna akademija znanosti in Nacionalna akademija za medicino odobrili koncept urejanja človeškega genoma, vendar le "po iskanju odgovorov na vprašanja o varnosti in učinkovitosti" in "samo v primeru resnih bolezni in pod strogim nadzorom. "

Polemiko povzroča stališče "dizajnerskih dojenčkov", torej oblikovanje ljudi z izbiro lastnosti, ki bi jih moral imeti otrok rojen. To je nezaželeno, saj se domneva, da bodo imeli dostop do takšnih metod samo premožni in privilegirani. Tudi če je taka zasnova tehnično nemogoča dolgo časa, bo celo bila genetska manipulacija glede izbrisa genov za okvare in bolezni niso jasno ocenjeni. Spet se mnogi bojijo, da bo to na voljo le redkim izbrancem.

Vendar pa to ni tako preprost izrez in vključitev gumbov, kot si predstavljajo tisti, ki CRISPR poznajo predvsem iz ilustracij v tisku. Številne človeške značilnosti in dovzetnost za bolezni niso nadzorovane z enim ali dvema genoma. Bolezni segajo od imajo en gen, ustvarjanje pogojev za več tisoč možnosti tveganja, povečanje ali zmanjšanje občutljivosti na okoljske dejavnike. Čeprav so številne bolezni, kot sta depresija in sladkorna bolezen, poligenske, pogosto pomaga tudi preprosto izrezovanje posameznih genov. Verve na primer razvija gensko terapijo, ki zmanjšuje razširjenost srčno-žilnih bolezni, enega vodilnih vzrokov smrti po vsem svetu. relativno majhne izdaje genoma.

Za zapletene naloge in eno od njih poligenska osnova bolezni, je uporaba umetne inteligence v zadnjem času postala recept. Temelji na podjetjih, kot je tisto, ki je staršem začelo ponujati poligensko oceno tveganja. Poleg tega so sekvencirani genomski nabori podatkov vedno večji in večji (nekateri z več kot milijon sekvenciranih genomov), kar bo sčasoma povečalo natančnost modelov strojnega učenja.

možgansko omrežje

V svoji knjigi je Miguel Nicolelis, eden od pionirjev tega, kar je danes znano kot »vdiranje možganov«, poimenoval komunikacijo prihodnost človeštva, naslednjo stopnjo v evoluciji naše vrste. Izvedel je raziskavo, v kateri je povezal možgane več podgan s pomočjo sofisticiranih implantiranih elektrod, znanih kot vmesniki možgani.

Nicolelis in njegovi sodelavci so dosežek opisali kot prvi "organski računalnik" z živimi možgani, povezanimi skupaj, kot da bi bili več mikroprocesorjev. Živali v tej mreži so se naučile sinhronizirati električno aktivnost svojih živčnih celic na enak način kot v vseh možganih. Omrežni možgani so bili preizkušeni za stvari, kot je njegova sposobnost razlikovanja med dvema različnima vzorcema električnih dražljajev, in običajno prekašajo posamezne živali. Če so med seboj povezani možgani podgan "pametnejši" od možganov katere koli posamezne živali, si predstavljajte zmogljivosti biološkega superračunalnika, ki ga povezujejo človeški možgani. Takšno omrežje bi ljudem lahko omogočilo delo preko jezikovnih ovir. Tudi, če so rezultati študije na podganah pravilni, bi povezovanje človeških možganov v mreže lahko izboljšalo učinkovitost, vsaj tako se zdi.

Nedavni poskusi, omenjeni tudi na straneh MT, so vključevali združevanje možganske aktivnosti majhne mreže ljudi. Trije ljudje, ki so sedeli v različnih sobah, so sodelovali pri pravilni orientaciji bloka, da bi lahko premostili vrzel med drugimi bloki v videoigri, podobni Tetrisu. Dve osebi, ki sta delovala kot "pošiljateljica", z elektroencefalografi (EEG) na glavah, ki so beležili električno aktivnost njihovih možganov, sta videli vrzel in vedeli, ali je treba blok zavrteti, da se prilega. Tretja oseba, ki je delovala kot "prejemnik", ni poznala pravilne rešitve in se je morala zanesti na navodila, poslana neposredno iz možganov pošiljatelja. S tem omrežjem, imenovanim »BrainNet« (7), je bilo testiranih skupno pet skupin ljudi, ki so v povprečju dosegle več kot 80-odstotno natančnost naloge.

7. Fotografija iz poskusa BrainNet

Da bi stvari otežile, so raziskovalci včasih dodali šum signalu, ki ga je poslal eden od pošiljateljev. Soočeni z nasprotujočimi si ali dvoumnimi navodili so se prejemniki hitro naučili prepoznati in slediti pošiljateljevim natančnejšim navodilom. Raziskovalci ugotavljajo, da je to prvo poročilo, da so možgani mnogih ljudi povezani na popolnoma neinvaziven način. Trdijo, da je število ljudi, katerih možgani se lahko povežejo v mrežo, praktično neomejeno. Prav tako predlagajo, da je prenos informacij z uporabo neinvazivnih metod mogoče izboljšati s hkratnim slikanjem možganske aktivnosti (fMRI), saj to potencialno poveča količino informacij, ki jih izdajatelj televizijskega programa lahko posreduje. Vendar pa fMRI ni enostaven postopek in bo zapletel že tako zelo težko nalogo. Raziskovalci tudi domnevajo, da bi signal lahko usmerili na določena področja možganov, da bi sprožili zavedanje o določeni semantični vsebini v prejemnikovih možganih.

Hkrati se hitro razvijajo orodja za bolj invazivno in morda učinkovitejšo povezljivost možganov. Elon Musk je pred kratkim napovedal razvoj vsadka BCI, ki vsebuje XNUMX elektrod za omogočanje široke komunikacije med računalniki in živčnimi celicami v možganih. (DARPA) je razvil nevronski vmesnik za vsaditev, ki lahko hkrati sproži milijon živčnih celic. Čeprav ti moduli BCI niso bili posebej zasnovani za medsebojno delovanje možgani-možganini si težko predstavljati, da jih je mogoče uporabiti v takšne namene.

Poleg naštetega obstaja še eno razumevanje »biohackinga«, ki je modno predvsem v Silicijevi dolini in je sestavljeno iz različnih vrst wellness postopkov z včasih dvomljivimi znanstvenimi podlagami. Med njimi so različne diete in tehnike vadbe ter vklj. transfuzija mlade krvi, pa tudi implantacija podkožnih čipov. V tem primeru bogati pomislijo na nekaj, kot je "vdiranje smrti" ali starost. Zaenkrat ni prepričljivih dokazov, da lahko metode, ki jih uporabljajo, bistveno podaljšajo življenje, da ne omenjamo nesmrtnosti, o kateri nekateri sanjajo.