Хакване на природата

Самата природа може да ни научи как да проникваме в природата, като пчелите, което Марк Мешер и Консуело Де Мораес от ETH в Цюрих отбелязаха, че те умело гризат листа, за да „насърчат“ растенията да цъфтят.

Интересното е, че опитите да се възпроизведат тези лечения с насекоми с нашите методи са били неуспешни и учените сега се чудят дали тайната за ефективното увреждане на листата от насекоми се крие в уникалния модел, който използват, или може би във въвеждането на някои вещества от пчелите. На други биохакинг полета обаче се справяме по-добре.

Например, наскоро инженерите откриха как превръщат спанака в сензорни системи на околната средакоето може да ви предупреди за наличието на експлозиви. През 2016 г. химическият инженер Минг Хао Вонг и неговият екип от Масачузетския технологичен институт трансплантираха въглеродни нанотръби в листа от спанак. Следи от експлозивикоито растението абсорбира чрез въздуха или подземните води, прави нанотръби излъчват флуоресцентен сигнал. За да се улови такъв сигнал от фабриката, малка инфрачервена камера беше насочена към листа и прикрепена към чип Raspberry Pi. Когато камерата откри сигнал, тя задейства предупреждение по имейл. След разработването на наносензори в спанака, Уонг започва да разработва други приложения за технологията, особено в селското стопанство, за да предупреждава за суша или вредители.

явлението биолуминесценция, например. в калмари, медузи и други морски обитатели. Френската дизайнерка Сандра Рей представя биолуминесценцията като естествен начин за осветление, тоест създаването на „живи“ фенери, които излъчват светлина без електричество (2). Рей е основател и главен изпълнителен директор на Glowee, компания за биолуминесцентно осветление. Той прогнозира, че един ден те ще могат да заменят конвенционалното електрическо улично осветление.

2. Визуализация на Glowee осветление

За производството на светлина, техниците на Glowee включват биолуминесцентен ген получени от хавайска сепия в бактерии E. coli и след това те отглеждат тези бактерии. Чрез програмиране на ДНК инженерите могат да контролират цвета на светлината, когато тя се изключва и включва, както и много други модификации. Тези бактерии очевидно трябва да се грижат и да се хранят, за да останат живи и сияещи, така че компанията работи, за да запази светлината по-дълго. В момента, казва Рей от Wired, те имат една система, която работи от шест дни. Настоящият ограничен живот на осветителните тела означава, че в момента те са подходящи предимно за събития или фестивали.

Домашни любимци с електронни раници

Можете да наблюдавате насекоми и да се опитвате да ги имитирате. Можете също да опитате да ги „хакнете“ и да ги използвате като... миниатюрни дронове. Пчелите са оборудвани с „раници“ със сензори, като тези, използвани от фермерите за наблюдение на техните полета (3). Проблемът с микродроните е мощността. При насекомите няма такъв проблем. Те летят неуморно. Инженерите натовариха "багажа" си със сензори, памет за съхранение на данни, приемници за проследяване на местоположението и батерии за захранване на електрониката (тоест с много по-малък капацитет) - всичките с тегло 102 милиграма. Докато насекомите извършват ежедневните си дейности, сензорите измерват температурата и влажността и тяхната позиция се проследява с помощта на радиосигнал. След връщане в кошера данните се изтеглят и батерията се зарежда безжично. Екипът от учени нарича технологията си Living IoT.

3. Live IoT, което представлява пчела с електронна система на гърба

Зоолог Института орнитологии Макса Планка. Мартин Викелски реши да тества популярното вярване, че животните имат вродена способност да усещат предстоящи бедствия. Викелски ръководи международния проект за наблюдение на животни ICARUS. Авторът на дизайна и изследването придоби известност, когато го прикачи GPS маяци животни (4), както големи, така и малки, за да се изследва влиянието на явленията върху тяхното поведение. Учените са показали, наред с други неща, че повишеното присъствие на бели щъркели може да е показателно за нашествие от скакалци, а местоположението и телесната температура на патиците от патица може да са показателни за разпространението на инфлуенца по птиците сред хората.

4. Мартин Викелски и предавателният щъркел

Сега Викелски използва козите, за да разбере дали има нещо в древните теории, което животните „знаят“ за предстоящи земетресения и вулканични изригвания. Непосредствено след масивното земетресение в Норча през 2016 г. в Италия, Викелски ошейник на добитъка близо до епицентъра, за да види дали са се държали по различен начин преди сътресенията. Всяка яка съдържаше и двете GPS проследяващо устройствокато акселерометър.

По-късно той обясни, че с такова денонощно наблюдение е възможно да се установи "нормално" поведение и след това да се търсят аномалии. Викелски и неговият екип отбелязаха, че животните са увеличили ускорението си в часовете преди земетресението. Той наблюдава "предупредителни периоди" от 2 до 18 часа в зависимост от разстоянието от епицентъра. Wikelski кандидатства за патент за система за предупреждение при бедствия, базирана на колективното поведение на животните спрямо изходното ниво.

Подобряване на ефективността на фотосинтезата

Земята живее, защото засажда по целия свят освобождава кислород като страничен продукт от фотосинтезатаа някои от тях се превръщат в допълнителна питателна храна. Въпреки това, фотосинтезата е несъвършена, въпреки много милиони години еволюция. Изследователи от Университета на Илинойс са започнали работа по коригиране на дефектите във фотосинтезата, които смятат, че могат да увеличат добивите на културите с до 40 процента.

Те се фокусираха върху процес, наречен фотодишанекоето не е толкова част от фотосинтезата, колкото нейното следствие. Подобно на много биологични процеси, фотосинтезата не винаги работи перфектно. По време на фотосинтезата растенията поемат вода и въглероден диоксид и ги превръщат в захари (храна) и кислород. Растенията не се нуждаят от кислород, така че се отстранява.

Изследователите са изолирали ензим, наречен рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCO). Този протеинов комплекс свързва молекула на въглероден диоксид с рибулоза-1,5-бифосфат (RuBisCO). През вековете земната атмосфера е станала по-окислена, което означава, че RuBisCO трябва да се справя с повече кислородни молекули, смесени с въглероден диоксид. В един от четири случая RuBisCO погрешно улавя кислородна молекула и това се отразява на производителността.

Поради несъвършенството на този процес растенията остават с токсични странични продукти като гликолат и амоняк. Обработката на тези съединения (чрез фотодишане) изисква енергия, която се добавя към загубите, произтичащи от неефективността на фотосинтезата. Авторите на изследването отбелязват, че поради това ориз, пшеница и соя имат дефицит, а RuBisCO става още по-малко точен с повишаване на температурата. Това означава, че с усилването на глобалното затопляне може да има намаление на хранителните доставки.

Това решение е част от програма, наречена (RIPE) и включва въвеждане на нови гени, които правят фотодишането по-бързо и по-енергийно ефективно. Екипът разработи три алтернативни пътя, използвайки новите генетични последователности. Тези пътища са оптимизирани за 1700 различни растителни вида. В продължение на две години учените тестваха тези последователности с помощта на модифициран тютюн. Това е често срещано растение в науката, защото геномът му е изключително добре разбран. | Повече ▼ ефективни пътища за фотодишане позволяват на растенията да спестят значително количество енергия, която може да се използва за техния растеж. Следващата стъпка е въвеждането на гени в хранителни култури като соя, боб, ориз и домати.

Изкуствени кръвни клетки и генни изрезки

Хакване на природата това води в крайна сметка до самия човек. Миналата година японски учени съобщиха, че са разработили изкуствена кръв, която може да се използва при всеки пациент, независимо от кръвната група, която има няколко приложения в реалния живот в медицината на травмите. Наскоро учените направиха още по-голям пробив, като създадоха синтетични червени кръвни клетки (5). Тези изкуствени кръвни клетки те не само показват свойствата на естествените си колеги, но имат и разширени възможности. Екип от Университета на Ню Мексико, Националната лаборатория Сандия и Южнокитайския политехнически университет са създали червени кръвни клетки, които не само могат да пренасят кислород до различни части на тялото, но и да доставят лекарства, да усещат токсини и да изпълняват други задачи. .

5. Синтетична кръвна клетка

Процесът на създаване на изкуствени кръвни клетки той е иницииран от естествени клетки, които първо са покрити с тънък слой силициев диоксид, а след това със слоеве от положителни и отрицателни полимери. След това силициевият диоксид се гравира и накрая повърхността се покрива с естествени еритроцитни мембрани. Това доведе до създаването на изкуствени еритроцити с размер, форма, заряд и повърхностни протеини, подобни на истинските.

В допълнение, изследователите демонстрират гъвкавостта на новообразуваните кръвни клетки, като ги прокарват през малки пролуки в моделните капиляри. И накрая, при тестване върху мишки, не са открити токсични странични ефекти дори след 48 часа циркулация. Тестовете зареждат тези клетки с хемоглобин, противоракови лекарства, сензори за токсичност или магнитни наночастици, за да покажат, че могат да носят различни видове заряди. Изкуствените клетки могат също да действат като стръв за патогени.

Хакване на природата това в крайна сметка води до идеята за генетична корекция, фиксиране и инженерство на хората и отваряне на мозъчни интерфейси за директна комуникация между мозъците.

В момента има много безпокойство и притеснения относно перспективата за човешка генетична модификация. Аргументите в полза също са силни, като например, че техниките за генетична манипулация могат да помогнат за премахване на болестта. Те могат да премахнат много форми на болка и тревожност. Те могат да увеличат интелигентността и дълголетието на хората. Някои хора стигат дотам, че казват, че могат да променят мащаба на човешкото щастие и производителност с много порядки.

Генното инженерствоако очакваните последствия се вземат на сериозно, то може да се разглежда като историческо събитие, равно на камбрийския взрив, който промени темпа на еволюция. Когато повечето хора мислят за еволюция, те мислят за биологична еволюция чрез естествен подбор, но както се оказва, могат да се представят и други нейни форми.

Започвайки през XNUMX години, хората започнаха да модифицират ДНК на растенията и животните (Вижте също: ), създаване генетично модифицирани хрании т.н. В момента половин милион деца се раждат всяка година с помощта на IVF. Все по-често тези процеси включват и секвениране на ембриони за скрининг на заболявания и определяне на най-жизнеспособния ембрион (форма на генно инженерство, макар и без реални активни промени в генома).

С появата на CRISPR и подобни технологии (6) станахме свидетели на бум в изследванията за извършване на реални промени в ДНК. През 2018 г. Хе Джианкуй създаде първите генетично модифицирани деца в Китай, за което беше изпратен в затвора. Този въпрос в момента е обект на ожесточен етичен дебат. През 2017 г. Националната академия на науките на САЩ и Националната медицинска академия одобриха концепцията за редактиране на човешкия геном, но само „след намиране на отговори на въпроси за безопасност и производителност“ и „само в случай на сериозни заболявания и под строг надзор. "

Гледната точка на "дизайнерските бебета", тоест проектирането на хора чрез избор на чертите, които трябва да има едно дете да се роди, предизвиква противоречия. Това е нежелателно, тъй като се смята, че само богатите и привилегированите ще имат достъп до подобни методи. Дори ако такъв дизайн е технически невъзможен за дълго време, той дори ще бъде генетична манипулация по отношение на изтриването на гени за дефекти и заболявания не са ясно оценени. Отново, както се страхуват мнозина, това ще бъде достъпно само за избрани.

Това обаче не е толкова просто изрязване и включване на бутони, както си представят тези, които са запознати с CRISPR главно от илюстрации в пресата. Много човешки характеристики и чувствителност към болести не се контролират от един или два гена. Болестите варират от с един ген, създавайки условия за много хиляди рискови опции, увеличавайки или намалявайки чувствителността към факторите на околната среда. Въпреки това, докато много заболявания, като депресия и диабет, са полигенни, дори простото изрязване на отделни гени често помага. Например, Verve разработва генна терапия, която намалява разпространението на сърдечно-съдови заболявания, една от водещите причини за смърт в световен мащаб. сравнително малки издания на генома.

За сложни задачи и една от тях полигенна основа на заболяването, използването на изкуствен интелект напоследък се превърна в рецепта. Тя се основава на компании като тази, която започна да предлага на родителите оценка на полигенния риск. В допълнение, секвенираните геномни набори от данни стават все по-големи и по-големи (някои с над милион секвенирани генома), което ще увеличи точността на моделите за машинно обучение с течение на времето.

мозъчна мрежа

В книгата си Мигел Николелис, един от пионерите на това, което сега е известно като „хакване на мозъци“, нарече комуникацията бъдещето на човечеството, следващия етап от еволюцията на нашия вид. Той провежда изследвания, в които свързва мозъците на няколко плъха, използвайки сложни имплантирани електроди, известни като интерфейси мозък-мозък.

Николелис и колегите му описаха постижението като първия „органичен компютър“ с живи мозъци, свързани заедно, сякаш са множество микропроцесори. Животните в тази мрежа са се научили да синхронизират електрическата активност на своите нервни клетки по същия начин, както правят във всеки отделен мозък. Свързаният в мрежа мозък е тестван за неща като способността му да различава два различни модела на електрически стимули и те обикновено превъзхождат отделните животни. Ако взаимосвързаните мозъци на плъхове са „по-умни“ от тези на което и да е животно, представете си възможностите на биологичен суперкомпютър, свързан помежду си от човешки мозък. Такава мрежа може да позволи на хората да работят през езиковите бариери. Освен това, ако резултатите от изследването на плъхове са верни, свързването в мрежа на човешкия мозък може да подобри производителността, или поне така изглежда.

Имаше скорошни експерименти, споменати също на страниците на MT, които включват обединяване на мозъчната активност на малка мрежа от хора. Трима души, седнали в различни стаи, работиха заедно, за да ориентират блока правилно, така че да може да преодолее пропастта между другите блокове в подобна на Tetris видеоигра. Двама души, които действаха като „изпращачи“, с електроенцефалографи (ЕЕГ) на главите си, които записваха електрическата активност на мозъка им, видяха пролуката и знаеха дали блокът трябва да се завърти, за да пасне. Третото лице, действащо като "получател", не знаеше правилното решение и трябваше да разчита на инструкции, изпратени директно от мозъците на изпращачите. Общо пет групи хора бяха тествани с тази мрежа, наречена "BrainNet" (7), като средно постигнаха над 80% точност на задачата.

7. Снимка от експеримента на BrainNet

За да направят нещата по-трудни, изследователите понякога добавят шум към сигнала, изпратен от един от подателите. Изправени пред противоречиви или двусмислени указания, получателите бързо се научиха да идентифицират и следват по-точните инструкции на подателя. Изследователите отбелязват, че това е първият доклад, че мозъците на много хора са свързани по напълно неинвазивен начин. Те твърдят, че броят на хората, чиито мозъци могат да бъдат свързани в мрежа, е практически неограничен. Те също така предполагат, че предаването на информация с помощта на неинвазивни методи може да бъде подобрено чрез едновременно изобразяване на мозъчната активност (fMRI), тъй като това потенциално увеличава количеството информация, което излъчвателят може да предаде. Въпреки това, fMRI не е лесна процедура и ще усложни и без това изключително трудна задача. Изследователите също така спекулират, че сигналът може да бъде насочен към специфични области на мозъка, за да предизвика осъзнаване на специфично семантично съдържание в мозъка на получателя.

В същото време инструментите за по-инвазивна и вероятно по-ефективна мозъчна свързаност бързо се развиват. Илон Мъск наскоро обяви разработването на BCI имплант, съдържащ XNUMX електроди, за да позволи широка комуникация между компютрите и нервните клетки в мозъка. (DARPA) разработи имплантируем невронен интерфейс, способен едновременно да задейства милион нервни клетки. Въпреки че тези BCI модули не са специално проектирани да взаимодействат мозък-мозъкне е трудно да си представим, че могат да се използват за такива цели.

В допълнение към горното, има и друго разбиране за „биохакване“, което е модерно особено в Силиконовата долина и се състои в различни видове уелнес процедури с понякога съмнителни научни основи. Сред тях са различни диети и техники за упражнения, както и вкл. преливане на млада кръв, както и имплантиране на подкожни чипове. В този случай богатите мислят за нещо като „хакване на смърт“ или старост. Засега няма убедителни доказателства, че методите, които използват, могат значително да удължат живота, да не говорим за безсмъртието, за което някои мечтаят.