Natuur hacking

Die natuur self kan ons leer hoe om die natuur in te kap, soos bye, wat Mark Mescher en Consuelo De Moraes van ETH in Zürich opgemerk het dat hulle kundig aan blare peusel om plante te "aanmoedig" om te blom.

Interessant genoeg was pogings om hierdie insekbehandelings met ons metodes te herhaal onsuksesvol, en wetenskaplikes wonder nou of die geheim van effektiewe insekskade aan blare lê in die unieke patroon wat hulle gebruik, of dalk in die inbring van sommige stowwe deur die bye. Op ander biohacking velde dit gaan egter beter met ons.

Ingenieurs het byvoorbeeld onlangs ontdek hoe verander spinasie in omgewingssensoriese stelselswat jou kan waarsku oor die teenwoordigheid van plofstof. In 2016 het die chemiese ingenieur Ming Hao Wong en sy span by MIT koolstofnanobuise in spinasieblare oorgeplant. Spore van plofstofwat die plant deur die lug of grondwater geabsorbeer het, het nanobuise gemaak 'n fluoresserende sein uitstuur. Om so 'n sein van die fabriek vas te vang, is 'n klein infrarooi kamera op die blaar gerig en aan 'n Raspberry Pi-skyfie geheg. Toe die kamera 'n sein bespeur, het dit 'n e-poswaarskuwing geaktiveer. Nadat hy nanosensors in spinasie ontwikkel het, het Wong ander toepassings vir die tegnologie begin ontwikkel, veral in die landbou om teen droogte of plae te waarsku.

die verskynsel van bioluminesensie, byvoorbeeld. in inkvis, jellievisse en ander seediere. Franse ontwerper Sandra Rey bied bioluminesensie aan as 'n natuurlike manier van beligting, dit wil sê die skepping van "lewende" lanterns wat lig sonder elektrisiteit uitstraal (2). Ray is die stigter en uitvoerende hoof van Glowee, 'n bioluminescerende beligtingsmaatskappy. Hy voorspel dat hulle eendag konvensionele elektriese straatbeligting sal kan vervang.

2. Glowee Beligtingsvisualisering

Vir die vervaardiging van lig betrek Glowee-tegnici bioluminesensie geen verkry van Hawaiiaanse inktvis in E. coli bakterieë, en dan groei hulle hierdie bakterieë. Deur die DNS te programmeer, kan ingenieurs die kleur van die lig beheer wanneer dit af- en aanskakel, asook baie ander wysigings. Hierdie bakterieë moet natuurlik versorg en gevoer word om lewendig en stralend te bly, so die maatskappy werk daaraan om die lig langer aan te hou. Op die oomblik, sê Rei by Wired, het hulle een stelsel wat al ses dae aan die gang is. Die huidige beperkte lewensduur van die armature beteken dat dit op die oomblik meestal geskik is vir geleenthede of feeste.

Troeteldiere met elektroniese rugsakke

Jy kan insekte dophou en probeer om hulle na te boots. Jy kan ook probeer om hulle te "hack" en dit as ... miniatuur hommeltuie. Hommels word toegerus met “rugsakke” met sensors, soos dié wat boere gebruik om hul landerye te monitor (3). Die probleem met mikrodrone is krag. Daar is nie so 'n probleem met insekte nie. Hulle vlieg onvermoeid. Ingenieurs het hul “bagasie” gelaai met sensors, geheue vir databerging, ontvangers vir liggingopsporing en batterye vir die dryf van elektronika (dit wil sê, baie kleiner kapasiteit) – alles weeg 102 milligram. Soos die insekte met hul daaglikse aktiwiteite aangaan, meet sensors temperatuur en humiditeit, en hul posisie word nagespoor met 'n radiosein. Nadat u na die korf teruggekeer het, word data afgelaai en die battery word draadloos gelaai. Die span wetenskaplikes noem hul tegnologie Living IoT.

3. Live IoT, wat 'n hommel is met 'n elektroniese stelsel op sy rug

Dierkundige by die Max Planck Instituut vir Ornitologie. Martin Wikelski besluit om die algemene oortuiging te toets dat diere 'n aangebore vermoë het om naderende rampe aan te voel. Wikelski lei die internasionale dierewaarnemingsprojek, ICARUS. Die skrywer van die ontwerp en navorsing het bekendheid verwerf toe hy aangeheg het GPS-bakens diere (4), beide groot en klein, om die invloed van verskynsels op hul gedrag te bestudeer. Wetenskaplikes het onder meer getoon dat 'n verhoogde teenwoordigheid van wit ooievaars 'n aanduiding kan wees van sprinkaanbesmettings, en die ligging en liggaamstemperatuur van wilde eende kan 'n aanduiding wees van die verspreiding van voëlgriep onder mense.

4. Martin Wikelski en die sender-ooievaar

Nou gebruik Wikelski bokke om uit te vind of daar iets in die antieke teorieë is wat diere “weet” van naderende aardbewings en vulkaniese uitbarstings. Onmiddellik ná die massiewe 2016 Norcia-aardbewing in Italië, het Wikelski vee naby die episentrum vasgetrek om te sien of hulle anders gedra het voor die skokke. Elke kraag het albei bevat GPS-opsporingstoestelsoos 'n versnellingsmeter.

Hy het later verduidelik dat dit met sulke monitering rondom die klok moontlik is om “normale” gedrag te identifiseer en dan na abnormaliteite te soek. Wikelski en sy span het opgemerk dat die diere hul versnelling verhoog het in die ure voor die aardbewing getref het. Hy het “waarskuwingsperiodes” van 2 tot 18 uur waargeneem, afhangend van die afstand vanaf die episentrum. Wikelski doen aansoek om 'n patent vir 'n rampwaarskuwingstelsel gebaseer op die kollektiewe gedrag van diere relatief tot 'n basislyn.

Verbeter fotosintese doeltreffendheid

Die aarde leef omdat dit oor die hele wêreld plant suurstof vrystel as 'n neweproduk van fotosinteseen sommige van hulle word bykomende voedsame kosse. Fotosintese is egter onvolmaak, ten spyte van baie miljoene jare van evolusie. Navorsers aan die Universiteit van Illinois het begin werk om die defekte in fotosintese reg te stel, wat volgens hulle oesopbrengste met tot 40 persent kan verhoog.

Hulle het gefokus op 'n proses wat fotorespirasie genoem wordwat nie soseer deel van fotosintese is nie, maar die gevolg daarvan. Soos baie biologiese prosesse, werk fotosintese nie altyd perfek nie. Tydens fotosintese neem plante water en koolstofdioksied in en verander dit in suikers (voedsel) en suurstof. Plante het nie suurstof nodig nie, daarom word dit verwyder.

Die navorsers het 'n ensiem geïsoleer genaamd ribulose-1,5-bisfosfaatkarboksilase/oksigenase (RuBisCO). Hierdie proteïenkompleks bind 'n koolstofdioksiedmolekule aan ribulose-1,5-bisfosfaat (RuBisCO). Deur die eeue heen het die aarde se atmosfeer meer geoksideer geword, wat beteken dat RuBisCO meer suurstofmolekules gemeng met koolstofdioksied moet hanteer. In een uit vier gevalle vang RuBisCO verkeerdelik 'n suurstofmolekule vas, en dit beïnvloed prestasie.

As gevolg van die onvolmaaktheid van hierdie proses word plante gelaat met giftige neweprodukte soos glikolaat en ammoniak. Die verwerking van hierdie verbindings (deur fotorespirasie) vereis energie, wat by die verliese gevoeg word as gevolg van die ondoeltreffendheid van fotosintese. Die skrywers van die studie merk op dat rys, koring en sojabone as gevolg hiervan 'n tekort het, en RuBisCO word selfs minder akkuraat soos die temperatuur styg. Dit beteken dat namate aardverwarming toeneem, daar 'n vermindering in voedselvoorraad kan wees.

Hierdie oplossing is deel van 'n program genaamd (RIPE) en behels die bekendstelling van nuwe gene wat fotorespirasie vinniger en meer energiedoeltreffend maak. Die span het drie alternatiewe weë ontwikkel deur die nuwe genetiese volgordes te gebruik. Hierdie paaie is geoptimaliseer vir 1700 verskillende plantspesies. Vir twee jaar het die wetenskaplikes hierdie reekse getoets met gemodifiseerde tabak. Dit is 'n algemene plant in die wetenskap omdat sy genoom besonder goed verstaan ​​word. Meer doeltreffende weë vir fotorespirasie laat plante toe om 'n aansienlike hoeveelheid energie te bespaar wat vir hul groei gebruik kan word. Die volgende stap is om gene in voedselgewasse soos sojabone, bone, rys en tamaties in te voer.

Kunsmatige bloedselle en geenuitknipsels

Natuur hacking dit lei op die ou end na die man self. Verlede jaar het Japannese wetenskaplikes berig dat hulle 'n kunsmatige bloed ontwikkel het wat op enige pasiënt gebruik kan word, ongeag bloedgroep, wat verskeie werklike toepassings in traumamedisyne het. Onlangs het wetenskaplikes 'n selfs groter deurbraak gemaak deur sintetiese rooibloedselle te skep (5). Hierdie kunsmatige bloedselle hulle wys nie net die eienskappe van hul natuurlike eweknieë nie, maar het ook gevorderde vermoëns. ’n Span van die Universiteit van New Mexico, Sandia National Laboratory en Suid-China Polytechnic University het rooibloedselle geskep wat nie net suurstof na verskeie dele van die liggaam kan vervoer nie, maar ook dwelms kan aflewer, gifstowwe aanvoel en ander take kan verrig. .

5. Sintetiese bloedsel

Die proses om kunsmatige bloedselle te skep dit is geïnisieer deur natuurlike selle wat eers bedek is met 'n dun laag silika en toe met lae positiewe en negatiewe polimere. Die silika word dan geëts en uiteindelik word die oppervlak bedek met natuurlike eritrosietmembrane. Dit het gelei tot die skepping van kunsmatige eritrosiete, met die grootte, vorm, lading en oppervlakproteïene soortgelyk aan werklike.

Daarbenewens het die navorsers die buigsaamheid van nuutgevormde bloedselle gedemonstreer deur hulle deur klein gapings in modelkapillêres te druk. Ten slotte, wanneer dit in muise getoets is, is geen toksiese newe-effekte gevind nie, selfs na 48 uur se sirkulasie. Die toetse het hierdie selle gelaai met hemoglobien, anti-kankermiddels, toksisiteitsensors of magnetiese nanopartikels om te wys dat hulle verskillende tipes ladings kan dra. Kunsmatige selle kan ook as lokaas vir patogene dien.

Natuur hacking dit lei uiteindelik tot die idee van genetiese regstelling, regstelling en ingenieurswese van mense, en die opening van breinkoppelvlakke vir direkte kommunikasie tussen breine.

Tans is daar baie angs en bekommernis oor die vooruitsig van menslike genetiese modifikasie. Argumente ten gunste is ook sterk, soos dat genetiese manipulasietegnieke kan help om die siekte uit te skakel. Hulle kan baie vorme van pyn en angs uitskakel. Hulle kan mense se intelligensie en lang lewe verhoog. Sommige mense gaan so ver as om te sê hulle kan die skaal van menslike geluk en produktiwiteit met baie ordes van grootte verander.

Genetiese ingenieursweseas die verwagte gevolge daarvan ernstig opgeneem word, kan dit as 'n historiese gebeurtenis beskou word, gelykstaande aan die Kambriese ontploffing, wat die tempo van evolusie verander het. Wanneer die meeste mense aan evolusie dink, dink hulle aan biologiese evolusie deur natuurlike seleksie, maar soos dit blyk, kan ander vorme daarvan voorgestel word.

Vanaf die XNUMXs het mense begin om die DNA van plante en diere te verander (sien ook: ), skepping geneties gemodifiseerde voedselens. Tans word 'n halfmiljoen kinders elke jaar gebore met behulp van IVF. In toenemende mate sluit hierdie prosesse ook volgordebepaling van embrio's in om vir siektes te sif en die mees lewensvatbare embrio te bepaal ('n vorm van genetiese ingenieurswese, al is dit sonder werklike aktiewe veranderinge aan die genoom).

Met die koms van CRISPR en soortgelyke tegnologieë (6), het ons 'n oplewing in navorsing gesien om werklike veranderinge aan DNA te maak. In 2018 het He Jiankui die eerste geneties gemodifiseerde kinders in China geskep, waarvoor hy tronk toe gestuur is. Hierdie kwessie is tans die onderwerp van hewige etiese debat. In 2017 het die Amerikaanse Nasionale Akademie van Wetenskappe en die Nasionale Akademie vir Geneeskunde die konsep van menslike genoomredigering goedgekeur, maar slegs "nadat antwoorde op vrae oor veiligheid en prestasie gevind is" en "slegs in die geval van ernstige siektes en onder noukeurige toesig. "

Die standpunt van “ontwerpersbabas”, dit wil sê om mense te ontwerp deur die eienskappe te kies wat ’n kind moet hê om gebore te word, veroorsaak omstredenheid. Dit is ongewens aangesien daar geglo word dat slegs die rykes en bevoorregtes toegang tot sulke metodes sal hê. Selfs as so 'n ontwerp vir 'n lang tyd tegnies onmoontlik is, sal dit selfs wees genetiese manipulasie rakende die uitwissing van gene vir defekte en siektes word nie duidelik geëvalueer nie. Weereens, soos baie vrees, sal dit slegs vir 'n paar uitgesoekte beskikbaar wees.

Dit is egter nie so 'n eenvoudige uitsny en insluiting van knoppies as wat diegene wat vertroud is met CRISPR hoofsaaklik uit illustrasies in die pers dink nie. Baie menslike eienskappe en vatbaarheid vir siektes word nie deur een of twee gene beheer nie. Siektes wissel van met een geen, skep toestande vir baie duisende risiko-opsies, verhoog of verminder vatbaarheid vir omgewingsfaktore. Alhoewel baie siektes, soos depressie en diabetes, poligenies is, help dit dikwels om individuele gene uit te sny. Verve ontwikkel byvoorbeeld 'n geenterapie wat die voorkoms van kardiovaskulêre siektes, een van die grootste oorsake van sterftes wêreldwyd, verminder. relatief klein uitgawes van die genoom.

Vir komplekse take, en een daarvan poligeniese basis van siekte, die gebruik van kunsmatige intelligensie het onlangs 'n resep geword. Dit is gebaseer op maatskappye soos die een wat ouers 'n poligeniese risiko-evaluering begin bied het. Boonop word opeenvolgende genomiese datastelle al hoe groter (sommige met meer as 'n miljoen genome in volgorde), wat die akkuraatheid van masjienleermodelle mettertyd sal verhoog.

brein netwerk

In sy boek noem Miguel Nicolelis, een van die pioniers van wat nou bekend staan ​​as "breinkrakery", kommunikasie die toekoms van die mensdom, die volgende fase in die evolusie van ons spesie. Hy het navorsing gedoen waarin hy die breine van verskeie rotte verbind het met behulp van gesofistikeerde ingeplante elektrodes wat bekend staan ​​as brein-brein-koppelvlakke.

Nicolelis en sy kollegas het die prestasie beskryf as die eerste "organiese rekenaar" met lewende breine wat aan mekaar gekoppel is asof hulle veelvuldige mikroverwerkers is. Die diere in hierdie netwerk het geleer om die elektriese aktiwiteit van hul senuweeselle te sinchroniseer op dieselfde manier as in enige individuele brein. Die netwerkbrein is getoets vir dinge soos sy vermoë om tussen twee verskillende patrone van elektriese stimuli te onderskei, en hulle presteer gewoonlik beter as individuele diere. As die onderling gekoppelde breine van rotte "slimmer" is as dié van enige enkele dier, stel jou die vermoëns voor van 'n biologiese superrekenaar wat deur 'n menslike brein verbind is. So 'n netwerk kan mense in staat stel om oor taalgrense heen te werk. Ook, as die resultate van die rotstudie korrek is, kan die netwerk van die menslike brein prestasie verbeter, of so lyk dit.

Daar was onlangse eksperimente, ook genoem in die bladsye van MT, wat die samevoeging van die breinaktiwiteit van 'n klein netwerk van mense behels het. Drie mense wat in verskillende kamers gesit het, het saamgewerk om die blok korrek te oriënteer sodat dit die gaping tussen ander blokke in 'n Tetris-agtige videospeletjie kon oorbrug. Twee mense wat as "senders" opgetree het, met elektro-enfalograwe (EEG's) op hul koppe wat die elektriese aktiwiteit van hul brein aangeteken het, het die gaping gesien en geweet of die blok gedraai moet word om te pas. Die derde persoon, wat as die "ontvanger" optree, het nie die regte oplossing geken nie en moes staatmaak op instruksies wat direk vanaf die breine van die senders gestuur is. Altesaam vyf groepe mense is getoets met hierdie netwerk, genaamd "BrainNet" (7), en hulle het gemiddeld meer as 80% akkuraatheid op die taak behaal.

7. Foto van die BrainNet-eksperiment

Om dinge moeiliker te maak, het die navorsers soms geraas bygevoeg by die sein wat deur een van die senders gestuur is. Gekonfronteer met botsende of dubbelsinnige aanwysings, het ontvangers vinnig geleer om die sender se meer presiese instruksies te identifiseer en te volg. Die navorsers merk op dat dit die eerste berig is dat baie mense se brein op 'n heeltemal nie-indringende manier bedraad is. Hulle voer aan dat die aantal mense wie se breine genetwerk kan word feitlik onbeperk is. Hulle stel ook voor dat inligtingsoordrag met behulp van nie-indringende metodes verbeter kan word deur gelyktydige breinaktiwiteitbeelding (fMRI), aangesien dit moontlik die hoeveelheid inligting verhoog wat 'n uitsaaier kan oordra. fMRI is egter nie 'n maklike prosedure nie, en dit sal 'n reeds uiters moeilike taak bemoeilik. Die navorsers spekuleer ook dat die sein na spesifieke areas van die brein gerig kan word om bewustheid van spesifieke semantiese inhoud in die ontvanger se brein te aktiveer.

Terselfdertyd ontwikkel gereedskap vir meer indringende en dalk meer doeltreffende breinverbindings vinnig. Elon Musk het onlangs die ontwikkeling aangekondig van 'n BCI-inplantaat wat XNUMX elektrodes bevat om breë kommunikasie tussen rekenaars en senuweeselle in die brein moontlik te maak. (DARPA) het 'n inplantbare neurale koppelvlak ontwikkel wat in staat is om gelyktydig 'n miljoen senuweeselle af te vuur. Alhoewel hierdie BCI-modules nie spesifiek ontwerp is om saam te werk nie brein-breindit is nie moeilik om te dink dat hulle vir sulke doeleindes gebruik kan word nie.

Benewens bogenoemde is daar nog 'n begrip van "biohacking", wat veral in Silicon Valley mode is en bestaan ​​uit verskeie tipes welstandprosedures met soms twyfelagtige wetenskaplike grondslae. Onder hulle is verskeie diëte en oefentegnieke, asook inkl. oortapping van jong bloed, sowel as inplanting van onderhuidse skyfies. In hierdie geval dink die rykes aan iets soos "kapdood" of ouderdom. Tot dusver is daar geen oortuigende bewyse dat die metodes wat hulle gebruik die lewe aansienlik kan verleng nie, om nie eens te praat van die onsterflikheid waarvan sommige droom nie.