Hacking în natură

Natura însăși ne poate învăța cum să pătrundem în natură, cum ar fi albinele, despre care Mark Mescher și Consuelo De Moraes de la ETH din Zurich au remarcat că ronțăie cu experiență frunzele pentru a „încuraja” plantele să înflorească.

Interesant este că încercările de a reproduce aceste tratamente împotriva insectelor cu metodele noastre nu au avut succes, iar oamenii de știință se întreabă acum dacă secretul distrugerii eficiente a insectelor asupra frunzelor constă în modelul unic pe care îl folosesc sau poate în introducerea unor substanțe de către albine. Pe altele câmpuri de biohacking totuși, ne descurcăm mai bine.

De exemplu, inginerii au descoperit recent cum transforma spanacul în sisteme senzoriale de mediucare vă poate alerta de prezența explozibililor. În 2016, inginerul chimist Ming Hao Wong și echipa sa de la MIT au transplantat nanotuburi de carbon în frunze de spanac. Urme de explozibilipe care planta le-a absorbit prin aer sau apele subterane, a făcut nanotuburi emit un semnal fluorescent. Pentru a capta un astfel de semnal din fabrică, o mică cameră cu infraroșu a fost îndreptată spre frunză și atașată la un cip Raspberry Pi. Când camera a detectat un semnal, a declanșat o alertă prin e-mail. După ce a dezvoltat nanosenzori în spanac, Wong a început să dezvolte alte aplicații pentru tehnologie, în special în agricultură, pentru a avertiza de secetă sau dăunători.

fenomenul bioluminiscenței, de exemplu. în calmari, meduze și alte creaturi marine. Designerul francez Sandra Rey prezintă bioluminiscența ca o modalitate naturală de iluminare, adică crearea unor felinare „vii” care emit lumină fără electricitate (2). Ray este fondatorul și CEO-ul Glowee, o companie de iluminat bioluminiscent. El prezice că într-o zi vor putea înlocui iluminatul stradal electric convențional.

2. Vizualizarea luminii Glowee

Pentru producția de lumină, tehnicienii Glowee implică gena bioluminiscenței obținută din sepia hawaiană în bacterii E. coli și apoi cresc aceste bacterii. Prin programarea ADN-ului, inginerii pot controla culoarea luminii atunci când se stinge și se aprinde, precum și multe alte modificări. Evident, aceste bacterii trebuie să fie îngrijite și hrănite pentru a rămâne în viață și strălucitoare, așa că compania lucrează pentru a menține lumina aprinsă mai mult timp. În acest moment, spune Rey de la Wired, au un sistem care funcționează de șase zile. Durata de viață limitată actuală a accesoriilor înseamnă că sunt potrivite în mare parte pentru evenimente sau festivaluri în acest moment.

Animale de companie cu rucsacuri electronice

Puteți urmări insectele și puteți încerca să le imitați. De asemenea, puteți încerca să le „pirați” și să le folosiți ca... drone miniaturale. Bondarii sunt echipați cu „rucsacuri” cu senzori, precum cei folosiți de fermieri pentru a-și monitoriza câmpurile (3). Problema cu microdronele este puterea. Nu există o astfel de problemă cu insectele. Zboară neobosit. Inginerii și-au încărcat „bagajul” cu senzori, memorie pentru stocarea datelor, receptoare pentru urmărirea locației și baterii pentru alimentarea electronicelor (adică capacitate mult mai mică) - toate cântărind 102 miligrame. Pe măsură ce insectele își desfășoară activitățile zilnice, senzorii măsoară temperatura și umiditatea, iar poziția lor este urmărită folosind un semnal radio. După întoarcerea în stup, datele sunt descărcate și bateria este încărcată fără fir. Echipa de oameni de știință își numește tehnologia Living IoT.

3. Live IoT, care este un bondar cu un sistem electronic pe spate

Zoolog la Institutul de Ornitologie Max Planck. Martin Wikelski a decis să testeze credința populară că animalele au o capacitate înnăscută de a simți dezastrele iminente. Wikelski conduce proiectul internațional de detectare a animalelor, ICARUS. Autorul designului și cercetării și-a câștigat notorietate atunci când a atașat balize GPS animale (4), atât mari cât și mici, pentru a studia influența fenomenelor asupra comportamentului lor. Oamenii de știință au arătat, printre altele, că o prezență crescută a berzei albe poate indica infestarea cu lăcuste, iar locația și temperatura corpului rațelor de rață pot indica răspândirea gripei aviare în rândul oamenilor.

4. Martin Wikelski și barza emițătoare

Acum Wikelski folosește capre pentru a afla dacă există ceva în teoriile antice pe care animalele „știu” despre cutremurele iminente și erupțiile vulcanice. Imediat după cutremurul masiv de la Norcia din 2016, din Italia, Wikelski a pus la guler animalele în apropierea epicentrului pentru a vedea dacă s-au comportat diferit înainte de șocuri. Fiecare guler le conținea pe amândouă Dispozitiv de urmărire GPSca un accelerometru.

El a explicat mai târziu că, cu o astfel de monitorizare non-stop, se poate determina un comportament „normal” și apoi se poate căuta anomalii. Wikelski și echipa sa au remarcat că animalele și-au mărit accelerația în ore înainte de cutremur. El a observat „perioade de avertizare” de la 2 la 18 ore, în funcție de distanța de la epicentru. Wikelski solicită un brevet pentru un sistem de avertizare în caz de dezastre bazat pe comportamentul colectiv al animalelor în raport cu o valoare de referință.

Îmbunătățiți eficiența fotosintezei

Pământul trăiește pentru că plantează în toată lumea eliberează oxigen ca produs secundar al fotosintezeiiar unele dintre ele devin alimente nutritive suplimentare. Cu toate acestea, fotosinteza este imperfectă, în ciuda multor milioane de ani de evoluție. Cercetătorii de la Universitatea din Illinois au început să lucreze la corectarea defectelor de fotosinteză, despre care cred că ar putea crește randamentul culturilor cu până la 40 la sută.

S-au concentrat asupra un proces numit fotorespirațiecare nu este atât o parte a fotosintezei cât o consecință a acesteia. Ca multe procese biologice, fotosinteza nu funcționează întotdeauna perfect. În timpul fotosintezei, plantele iau apă și dioxid de carbon și le transformă în zaharuri (hrană) și oxigen. Plantele nu au nevoie de oxigen, așa că este îndepărtat.

Cercetătorii au izolat o enzimă numită ribuloză-1,5-bisfosfat carboxilază/oxigenază (RuBisCO). Acest complex proteic leagă o moleculă de dioxid de carbon de ribuloză-1,5-bifosfat (RuBisCO). De-a lungul secolelor, atmosfera Pământului a devenit mai oxidată, ceea ce înseamnă că RuBisCO trebuie să facă față cu mai multe molecule de oxigen amestecate cu dioxid de carbon. Într-unul din patru cazuri, RuBisCO captează în mod eronat o moleculă de oxigen, iar acest lucru afectează performanța.

Datorită imperfecțiunii acestui proces, plantele rămân cu produse secundare toxice precum glicolatul și amoniacul. Prelucrarea acestor compuși (prin fotorespirație) necesită energie, care se adaugă pierderilor rezultate din ineficiența fotosintezei. Autorii studiului notează că orezul, grâul și boabele de soia sunt deficitare din această cauză, iar RuBisCO devine și mai puțin precis pe măsură ce temperatura crește. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce încălzirea globală se intensifică, poate exista o reducere a proviziilor de alimente.

Această soluție face parte dintr-un program numit (RIPE) și presupune introducerea de noi gene care fac fotorespirația mai rapidă și mai eficientă energetic. Echipa a dezvoltat trei căi alternative folosind noile secvențe genetice. Aceste căi au fost optimizate pentru 1700 de specii diferite de plante. Timp de doi ani, oamenii de știință au testat aceste secvențe folosind tutun modificat. Este o plantă comună în știință, deoarece genomul ei este excepțional de bine înțeles. Mai mult căi eficiente pentru fotorespirație permite plantelor să economisească o cantitate semnificativă de energie care poate fi folosită pentru creșterea lor. Următorul pas este introducerea genelor în culturile alimentare, cum ar fi soia, fasolea, orezul și roșiile.

Celule artificiale din sânge și tăieturi de gene

Hacking în natură aceasta duce în cele din urmă la omul însuși. Anul trecut, oamenii de știință japonezi au raportat că au dezvoltat un sânge artificial care poate fi utilizat pe orice pacient, indiferent de grupa sanguină, care are mai multe aplicații în viața reală în medicina traumatologică. Recent, oamenii de știință au făcut o descoperire și mai mare prin crearea de globule roșii sintetice (5). Aceste celule sanguine artificiale nu numai că prezintă proprietățile omologilor lor naturali, dar au și capacități îmbunătățite. O echipă de la Universitatea din New Mexico, Laboratorul Național Sandia și Universitatea Politehnică din China de Sud au creat celule roșii din sânge care nu numai că pot transporta oxigen în diferite părți ale corpului, dar și medicamente, detectează toxine și îndeplinesc alte sarcini. .

5. Celula sanguină sintetică

Procesul de creare a celulelor sanguine artificiale a fost inițiată de celule naturale care au fost mai întâi acoperite cu un strat subțire de silice și apoi cu straturi de polimeri pozitivi și negativi. Silicea este apoi gravată și în final suprafața este acoperită cu membrane eritrocitare naturale. Acest lucru a dus la crearea eritrocitelor artificiale, având dimensiunea, forma, încărcătura și proteinele de suprafață similare celor reale.

În plus, cercetătorii au demonstrat flexibilitatea celulelor sanguine nou formate împingându-le prin golurile mici din capilarele model. În cele din urmă, când a fost testat pe șoareci, nu s-au găsit efecte secundare toxice chiar și după 48 de ore de circulație. Testele au încărcat aceste celule cu hemoglobină, medicamente anti-cancer, senzori de toxicitate sau nanoparticule magnetice pentru a arăta că ar putea avea diferite tipuri de încărcături. Celulele artificiale pot acționa și ca momeală pentru agenții patogeni.

Hacking în natură acest lucru duce în cele din urmă la ideea de corecție genetică, fixare și inginerie umană și deschiderea interfețelor creierului pentru comunicarea directă între creiere.

În prezent, există multă anxietate și îngrijorare cu privire la perspectiva modificării genetice umane. Argumentele în favoare sunt, de asemenea, puternice, cum ar fi că tehnicile de manipulare genetică pot ajuta la eliminarea bolii. Ele pot elimina multe forme de durere și anxietate. Ele pot crește inteligența și longevitatea oamenilor. Unii oameni ajung până acolo încât spun că pot schimba scara fericirii umane și a productivității cu multe ordine de mărime.

Inginerie geneticădacă consecințele ei așteptate ar fi luate în serios, ar putea fi privită ca un eveniment istoric, egal cu explozia cambriană, care a schimbat ritmul evoluției. Când majoritatea oamenilor se gândesc la evoluție, se gândesc la evoluția biologică prin selecție naturală, dar, după cum se dovedește, alte forme ale acesteia pot fi imaginate.

Începând cu anii XNUMX, oamenii au început să modifice ADN-ul plantelor și animalelor (Vezi si: ), creație mancaruri modificate geneticetc. În prezent, jumătate de milion de copii se nasc în fiecare an cu ajutorul FIV. Din ce în ce mai mult, aceste procese includ, de asemenea, secvențierea embrionilor pentru a detecta boli și determinarea celui mai viabil embrion (o formă de inginerie genetică, deși fără modificări active reale ale genomului).

Odată cu apariția CRISPR și a tehnologiilor similare (6), am observat un boom în cercetarea de a face schimbări reale ale ADN-ului. În 2018, He Jiankui a creat primii copii modificați genetic din China, pentru care a fost trimis la închisoare. Această problemă este în prezent subiectul unei acerbe dezbateri etice. În 2017, Academia Națională de Științe din SUA și Academia Națională de Medicină au aprobat conceptul de editare a genomului uman, dar numai „după ce au găsit răspunsuri la întrebări de siguranță și performanță” și „doar în cazul unor boli grave și sub supraveghere atentă. "

Punctul de vedere al „bebelor de designer”, adică proiectarea oamenilor prin alegerea trăsăturilor pe care un copil ar trebui să le aibă pentru a se naște, stârnește controverse. Acest lucru este de nedorit, deoarece se crede că numai cei bogați și privilegiați vor avea acces la astfel de metode. Chiar dacă un astfel de design este imposibil din punct de vedere tehnic pentru o lungă perioadă de timp, chiar va fi manipulare genetică în ceea ce priveşte ştergerea genelor pentru defecte şi boli nu sunt evaluate clar. Din nou, după cum mulți se tem, acest lucru va fi disponibil doar pentru câțiva selectați.

Cu toate acestea, aceasta nu este atât de simplă decuparea și includerea butoanelor pe cât își imaginează cei care sunt familiarizați cu CRISPR, în principal din ilustrații din presă. Multe caracteristici umane și susceptibilitatea la boli nu sunt controlate de una sau două gene. Bolile variază de la având o singură genă, creând condiții pentru multe mii de opțiuni de risc, crescând sau scăzând susceptibilitatea la factorii de mediu. Cu toate acestea, în timp ce multe boli, cum ar fi depresia și diabetul, sunt poligenice, chiar și simpla tăiere a genelor individuale ajută adesea. De exemplu, Verve dezvoltă o terapie genetică care reduce prevalența bolilor cardiovasculare, una dintre principalele cauze de deces la nivel mondial. ediții relativ mici ale genomului.

Pentru sarcini complexe, și una dintre ele baza poligenică a bolii, utilizarea inteligenței artificiale a devenit recent o rețetă. Se bazează pe companii precum cea care a început să ofere părinților o evaluare poligenică a riscului. În plus, seturile de date genomice secvențiate devin din ce în ce mai mari (unele cu peste un milion de genomi secvențiați), ceea ce va crește acuratețea modelelor de învățare automată în timp.

rețeaua creierului

În cartea sa, Miguel Nicolelis, unul dintre pionierii a ceea ce este acum cunoscut sub numele de „piratarea creierului”, a numit comunicarea viitorul umanității, următoarea etapă în evoluția speciei noastre. El a efectuat cercetări în care a conectat creierul mai multor șobolani folosind electrozi implantați sofisticați cunoscuți sub numele de interfețe creier-creier.

Nicolelis și colegii săi au descris realizarea ca fiind primul „calculator organic” cu creiere vii legate între ele ca și cum ar fi mai multe microprocesoare. Animalele din această rețea au învățat să sincronizeze activitatea electrică a celulelor lor nervoase în același mod în care o fac în orice creier individual. Creierul în rețea a fost testat pentru lucruri precum capacitatea sa de a distinge între două modele diferite de stimuli electrici și, de obicei, depășesc animalele individuale. Dacă creierele interconectate ale șobolanilor sunt „mai inteligente” decât cele ale oricărui animal, imaginați-vă capabilitățile unui supercomputer biologic interconectat de un creier uman. O astfel de rețea ar putea permite oamenilor să lucreze peste barierele lingvistice. De asemenea, dacă rezultatele studiului pe șobolani sunt corecte, conectarea în rețea a creierului uman ar putea îmbunătăți performanța, sau așa se pare.

Au existat experimente recente, menționate și în paginile MT, care au presupus punerea în comun a activității creierului unei mici rețele de oameni. Trei oameni care stăteau în camere diferite au lucrat împreună pentru a orienta blocul corect, astfel încât să poată face puntea dintre alte blocuri într-un joc video asemănător Tetris. Doi oameni care au acționat ca „emițători”, cu electroencefalografe (EEG) pe cap care înregistrau activitatea electrică a creierului lor, au văzut decalajul și au știut dacă blocul trebuie rotit pentru a se potrivi. Cea de-a treia persoană, acționând ca „receptor”, nu cunoștea soluția corectă și trebuia să se bazeze pe instrucțiunile trimise direct din creierul emițătorilor. Un total de cinci grupuri de oameni au fost testate cu această rețea, numită „BrainNet” (7), și au obținut în medie peste 80% precizie în sarcină.

7. Fotografie din experimentul BrainNet

Pentru a face lucrurile mai dificile, cercetătorii au adăugat uneori zgomot semnalului trimis de unul dintre emițători. Confruntați cu indicații conflictuale sau ambigue, destinatarii au învățat rapid să identifice și să urmeze instrucțiunile mai precise ale expeditorului. Cercetătorii notează că acesta este primul raport conform căruia creierul multor oameni a fost conectat într-un mod complet neinvaziv. Ei susțin că numărul de oameni al căror creier poate fi conectat în rețea este practic nelimitat. Ei sugerează, de asemenea, că transmiterea informațiilor folosind metode non-invazive poate fi îmbunătățită prin imagistica simultană a activității creierului (fMRI), deoarece aceasta crește potențial cantitatea de informații pe care o poate transmite un radiodifuzor. Cu toate acestea, fMRI nu este o procedură ușoară și va complica o sarcină deja extrem de dificilă. De asemenea, cercetătorii speculează că semnalul ar putea fi direcționat către anumite zone ale creierului pentru a declanșa conștientizarea conținutului semantic specific din creierul destinatarului.

În același timp, instrumentele pentru o conectivitate mai invazivă și posibil mai eficientă a creierului evoluează rapid. Elon Musk a anunțat recent dezvoltarea unui implant BCI care conține electrozi XNUMX pentru a permite o comunicare largă între computere și celulele nervoase din creier. (DARPA) a dezvoltat o interfață neuronală implantabilă capabilă să declanșeze simultan un milion de celule nervoase. Deși aceste module BCI nu au fost special concepute pentru a interopera creier-creiernu este greu de imaginat că pot fi folosite în astfel de scopuri.

Pe lângă cele de mai sus, există o altă înțelegere a „biohacking”, care este la modă mai ales în Silicon Valley și constă în diverse tipuri de proceduri de wellness cu fundamente științifice uneori dubioase. Printre acestea se numără diverse diete și tehnici de exerciții fizice, precum și incl. transfuzia de sânge tânăr, precum și implantarea de cipuri subcutanate. În acest caz, bogații se gândesc la ceva de genul „hacking moartea” sau bătrânețea. Până acum, nu există dovezi convingătoare că metodele pe care le folosesc pot prelungi semnificativ viața, ca să nu mai vorbim de nemurirea la care visează unii.