Natur hacking

Naturen i seg selv kan lære oss hvordan vi kan hacke oss inn i naturen, som bier, som Mark Mescher og Consuelo De Moraes fra ETH i Zürich bemerket at de ekspert biter på blader for å "oppmuntre" planter til å blomstre.

Interessant nok har forsøk på å gjenskape disse insektbehandlingene med metodene våre vært mislykkede, og forskere lurer nå på om hemmeligheten bak effektiv insektskade på bladene ligger i det unike mønsteret de bruker, eller kanskje i introduksjonen av noen stoffer av biene. På andre biohacking felt men vi gjør det bedre.

For eksempel oppdaget ingeniører nylig hvordan gjøre spinat til miljøsensoriske systemersom kan varsle deg om tilstedeværelsen av eksplosiver. I 2016 transplanterte kjemisk ingeniør Ming Hao Wong og teamet hans ved MIT karbon-nanorør til spinatblader. Spor etter eksplosiversom planten absorberte gjennom luften eller grunnvannet, laget nanorør sender ut et fluorescerende signal. For å fange opp et slikt signal fra fabrikken ble et lite infrarødt kamera rettet mot bladet og festet til en Raspberry Pi-brikke. Når kameraet oppdaget et signal, utløste det et e-postvarsel. Etter å ha utviklet nanosensorer i spinat, begynte Wong å utvikle andre applikasjoner for teknologien, spesielt i landbruket for å advare mot tørke eller skadedyr.

fenomenet bioluminescens, for eksempel. hos blekksprut, maneter og andre sjødyr. Den franske designeren Sandra Rey presenterer bioluminescens som en naturlig måte å belyse på, det vil si å skape «levende» lykter som sender ut lys uten elektrisitet (2). Ray er grunnlegger og administrerende direktør i Glowee, et bioluminescerende belysningsselskap. Han spår at de en dag vil kunne erstatte konvensjonell elektrisk gatebelysning.

2. Glowee lysvisualisering

For produksjon av lys involverer Glowee-teknikere bioluminescensgen hentet fra hawaiisk blekksprut til E. coli-bakterier, og deretter dyrker de disse bakteriene. Ved å programmere DNA kan ingeniører kontrollere fargen på lyset når det slås av og på, i tillegg til mange andre modifikasjoner. Disse bakteriene må åpenbart pleies og mates for å holde seg levende og strålende, så selskapet jobber med å holde lyset på lenger. For øyeblikket, sier Rei hos Wired, har de ett system som har vært i drift i seks dager. Den nåværende begrensede levetiden til armaturene gjør at de for øyeblikket stort sett egner seg for arrangementer eller festivaler.

Kjæledyr med elektroniske ryggsekker

Du kan se på insekter og prøve å etterligne dem. Du kan også prøve å "hacke" dem og bruke dem som... miniatyrdroner. Humler er utstyrt med «ryggsekker» med sensorer, slik som bønder bruker for å overvåke åkrene deres (3). Problemet med mikrodroner er strøm. Det er ikke noe slikt problem med insekter. De flyr utrettelig. Ingeniører lastet "bagasjen" sin med sensorer, minne for datalagring, mottakere for posisjonssporing og batterier for å drive elektronikk (det vil si mye mindre kapasitet) - alle veier 102 milligram. Mens insektene utfører sine daglige aktiviteter, måler sensorer temperatur og fuktighet, og deres posisjon spores ved hjelp av et radiosignal. Etter retur til bikuben lastes data ned og batteriet lades trådløst. Teamet av forskere kaller teknologien deres for Living IoT.

3. Live IoT, som er en humle med et elektronisk system på ryggen

Zoolog ved Max Planck Institute for Ornithology. Martin Wikelski bestemte seg for å teste den populære troen på at dyr har en medfødt evne til å fornemme forestående katastrofer. Wikelski leder det internasjonale dyresansingsprosjektet, ICARUS. Forfatteren av designet og forskningen ble kjent da han vedla GPS-beacons dyr (4), både store og små, for å studere fenomeners innflytelse på deres atferd. Forskere har blant annet vist at økt forekomst av hvit stork kan tyde på gresshoppeangrep, og plasseringen og kroppstemperaturen til stokkand kan tyde på spredning av fugleinfluensa blant mennesker.

4. Martin Wikelski og senderstorken

Nå bruker Wikelski geiter for å finne ut om det er noe i de eldgamle teoriene om at dyr «vet» om forestående jordskjelv og vulkanutbrudd. Umiddelbart etter det massive jordskjelvet i Norcia i Italia i 2016, samlet Wikelski husdyr nær episenteret for å se om de oppførte seg annerledes før sjokkene. Hver krage inneholdt begge deler GPS-sporingsenhetsom et akselerometer.

Han forklarte senere at med slik døgnkontinuerlig overvåking kunne man fastslå «normal» oppførsel og så se etter avvik. Wikelski og teamet hans bemerket at dyrene økte akselerasjonen i timene før jordskjelvet rammet. Han observerte «varselperioder» fra 2 til 18 timer, avhengig av avstanden fra episenteret. Wikelski søker om patent på et katastrofevarslingssystem basert på den kollektive oppførselen til dyr i forhold til en baseline.

Forbedre fotosynteseeffektiviteten

Jorden lever fordi den planter over hele verden frigjør oksygen som et biprodukt av fotosyntesenog noen av dem blir ekstra næringsrik mat. Imidlertid er fotosyntesen ufullkommen, til tross for mange millioner år med evolusjon. Forskere ved University of Illinois har begynt arbeidet med å korrigere defektene i fotosyntesen, som de mener kan øke avlingene med opptil 40 prosent.

De fokuserte på en prosess som kalles fotorespirasjonsom ikke er så mye en del av fotosyntesen som konsekvensen. Som mange biologiske prosesser fungerer ikke alltid fotosyntesen perfekt. Under fotosyntesen tar planter inn vann og karbondioksid og omdanner dem til sukker (mat) og oksygen. Planter trenger ikke oksygen, så det fjernes.

Forskerne isolerte et enzym kalt ribulose-1,5-bisfosfatkarboksylase/oksygenase (RuBisCO). Dette proteinkomplekset binder et karbondioksidmolekyl til ribulose-1,5-bisfosfat (RuBisCO). Gjennom århundrene har jordens atmosfære blitt mer oksidert, noe som betyr at RuBisCO må håndtere flere oksygenmolekyler blandet med karbondioksid. I ett av fire tilfeller fanger RuBisCO feil et oksygenmolekyl, og dette påvirker ytelsen.

På grunn av ufullkommenhet i denne prosessen sitter planter igjen med giftige biprodukter som glykolat og ammoniakk. Behandlingen av disse forbindelsene (gjennom fotorespirasjon) krever energi, som legges til tapene som følge av ineffektiviteten til fotosyntesen. Forfatterne av studien bemerker at ris, hvete og soyabønner er mangelfulle på grunn av dette, og RuBisCO blir enda mindre nøyaktig når temperaturen stiger. Dette betyr at når den globale oppvarmingen forsterkes, kan det bli en reduksjon i matforsyningen.

Denne løsningen er en del av et program kalt (RIPE) og innebærer å introdusere nye gener som gjør fotorespirasjon raskere og mer energieffektiv. Teamet utviklet tre alternative veier ved å bruke de nye genetiske sekvensene. Disse banene er optimalisert for 1700 forskjellige plantearter. I to år testet forskerne disse sekvensene ved å bruke modifisert tobakk. Det er en vanlig plante i vitenskapen fordi genomet er usedvanlig godt forstått. Mer effektive veier for fotorespirasjon tillate planter å spare en betydelig mengde energi som kan brukes til vekst. Det neste trinnet er å introdusere gener i matvekster som soyabønner, bønner, ris og tomater.

Kunstige blodceller og genutklipp

Natur hacking dette fører til slutt til mannen selv. I fjor rapporterte japanske forskere at de hadde utviklet et kunstig blod som kan brukes på enhver pasient, uavhengig av blodtype, som har flere virkelige anvendelser innen traumemedisin. Nylig har forskere gjort et enda større gjennombrudd ved å lage syntetiske røde blodceller (5). Disse kunstige blodceller de viser ikke bare egenskapene til sine naturlige motparter, men har også avanserte muligheter. Et team fra University of New Mexico, Sandia National Laboratory og South China Polytechnic University har skapt røde blodlegemer som ikke bare kan frakte oksygen til ulike deler av kroppen, men også levere medikamenter, registrere giftstoffer og utføre andre oppgaver. .

5. Syntetiske blodceller

Prosessen med å lage kunstige blodceller det ble initiert av naturlige celler som først ble belagt med et tynt lag av silika og deretter med lag av positive og negative polymerer. Deretter etses silikaen og til slutt dekkes overflaten med naturlige erytrocyttmembraner. Dette har ført til dannelsen av kunstige erytrocytter, med størrelse, form, ladning og overflateproteiner som ligner på ekte.

I tillegg demonstrerte forskerne fleksibiliteten til nydannede blodceller ved å presse dem gjennom små hull i modellkapillærer. Til slutt, når det ble testet på mus, ble ingen toksiske bivirkninger funnet selv etter 48 timers sirkulasjon. Testene lastet disse cellene med hemoglobin, anti-kreftmedisiner, toksisitetssensorer eller magnetiske nanopartikler for å vise at de kunne bære forskjellige typer ladninger. Kunstige celler kan også fungere som agn for patogener.

Natur hacking dette fører til slutt til ideen om genetisk korreksjon, fiksering og konstruksjon av mennesker, og åpningen av hjernegrensesnitt for direkte kommunikasjon mellom hjerner.

For tiden er det mye angst og bekymring for utsiktene til menneskelig genetisk modifikasjon. Argumenter for er også sterke, som at genetiske manipulasjonsteknikker kan bidra til å eliminere sykdommen. De kan eliminere mange former for smerte og angst. De kan øke folks intelligens og lang levetid. Noen mennesker går så langt som å si at de kan endre omfanget av menneskelig lykke og produktivitet i mange størrelsesordener.

Genteknologihvis dens forventede konsekvenser ble tatt på alvor, kunne den betraktes som en historisk begivenhet, lik den kambriske eksplosjonen, som endret utviklingstakten. Når de fleste tenker på evolusjon, tenker de på biologisk evolusjon gjennom naturlig utvalg, men som det viser seg, kan andre former for det tenkes.

Fra og med XNUMXs begynte folk å modifisere DNA til planter og dyr (se også: ), skapelse genmodifisert matosv. For tiden blir det født en halv million barn hvert år ved hjelp av IVF. I økende grad inkluderer disse prosessene også sekvensering av embryoer for å screene for sykdommer og bestemme det mest levedyktige embryoet (en form for genteknologi, om enn uten faktiske aktive endringer i genomet).

Med bruken av CRISPR og lignende teknologier (6), har vi vært vitne til en boom i forskning på å gjøre reelle endringer i DNA. I 2018 skapte He Jiankui de første genmodifiserte barna i Kina, som han ble sendt i fengsel for. Denne saken er for tiden gjenstand for heftig etisk debatt. I 2017 godkjente US National Academy of Sciences og National Academy of Medicine konseptet med redigering av humant genom, men bare "etter å ha funnet svar på spørsmål om sikkerhet og ytelse" og "bare i tilfelle av alvorlige sykdommer og under tett oppsyn. "

Synspunktet til "designer babyer", det vil si å designe mennesker ved å velge egenskapene som et barn skal ha for å bli født, forårsaker kontrovers. Dette er uønsket ettersom det antas at bare de velstående og privilegerte vil ha tilgang til slike metoder. Selv om et slikt design er teknisk umulig over lang tid, vil det til og med være det genetisk manipulasjon angående sletting av gener for defekter og sykdommer er ikke klart evaluert. Igjen, som mange frykter, vil dette bare være tilgjengelig for noen få utvalgte.

Dette er imidlertid ikke en så enkel utskjæring og inkludering av knapper som de som er kjent med CRISPR hovedsakelig fra illustrasjoner i pressen forestiller seg. Mange menneskelige egenskaper og mottakelighet for sykdom er ikke kontrollert av ett eller to gener. Sykdommer varierer fra har ett gen, skaper forhold for mange tusen risikoalternativer, øker eller reduserer følsomheten for miljøfaktorer. Men selv om mange sykdommer, som depresjon og diabetes, er polygene, hjelper det ofte å kutte ut individuelle gener. For eksempel utvikler Verve en genterapi som reduserer forekomsten av hjerte- og karsykdommer, en av de viktigste dødsårsakene på verdensbasis. relativt små utgaver av genomet.

For komplekse oppgaver, og en av dem polygen sykdomsgrunnlag, har bruk av kunstig intelligens nylig blitt en oppskrift. Den er basert på selskaper som den som begynte å tilby foreldre en polygen risikovurdering. I tillegg blir sekvenserte genomiske datasett større og større (noen med over en million genom sekvensert), noe som vil øke nøyaktigheten til maskinlæringsmodeller over tid.

hjernenettverk

I sin bok kalte Miguel Nicolelis, en av pionerene innen det som nå er kjent som «hjernehacking», kommunikasjon menneskehetens fremtid, det neste trinnet i utviklingen av vår art. Han utførte forskning der han koblet sammen hjernen til flere rotter ved hjelp av sofistikerte implanterte elektroder kjent som hjerne-hjerne-grensesnitt.

Nicolelis og hans kolleger beskrev prestasjonen som den første "organiske datamaskinen" med levende hjerner koblet sammen som om de var flere mikroprosessorer. Dyrene i dette nettverket har lært å synkronisere den elektriske aktiviteten til nervecellene deres på samme måte som de gjør i enhver enkelt hjerne. Den nettverkstilkoblede hjernen har blitt testet for ting som dens evne til å skille mellom to forskjellige mønstre av elektrisk stimuli, og de utkonkurrerer vanligvis individuelle dyr. Hvis de sammenkoblede hjernene til rotter er "smartere" enn de til et enkelt dyr, forestill deg egenskapene til en biologisk superdatamaskin koblet sammen av en menneskelig hjerne. Et slikt nettverk kan tillate folk å jobbe på tvers av språkbarrierer. Dessuten, hvis resultatene fra rottestudien er korrekte, kan nettverksbygging av menneskehjernen forbedre ytelsen, eller så det ser ut til.

Det har vært nylige eksperimenter, også nevnt på sidene til MT, som involverte å samle hjerneaktiviteten til et lite nettverk av mennesker. Tre personer som satt i forskjellige rom jobbet sammen for å orientere blokken riktig slik at den kunne bygge bro mellom andre blokker i et Tetris-lignende videospill. To personer som fungerte som "avsendere", med elektroencefalografer (EEG) på hodet som registrerte den elektriske aktiviteten til hjernen deres, så gapet og visste om blokken måtte roteres for å passe. Den tredje personen, som fungerte som "mottaker", visste ikke den riktige løsningen og måtte stole på instruksjoner sendt direkte fra hjernen til avsenderne. Totalt fem grupper mennesker ble testet med dette nettverket, kalt «BrainNet» (7), og i gjennomsnitt oppnådde de over 80 % nøyaktighet på oppgaven.

7. Bilde fra BrainNet-eksperimentet

For å gjøre ting vanskeligere, la forskerne noen ganger støy til signalet som ble sendt av en av avsenderne. I møte med motstridende eller tvetydige instruksjoner, lærte mottakerne raskt å identifisere og følge avsenderens mer presise instruksjoner. Forskerne bemerker at dette er den første rapporten om at mange menneskers hjerner har blitt koblet på en fullstendig ikke-invasiv måte. De hevder at antallet mennesker hvis hjerner kan kobles sammen i nettverk er praktisk talt ubegrenset. De foreslår også at informasjonsoverføring ved hjelp av ikke-invasive metoder kan forbedres ved simultan hjerneaktivitetsavbildning (fMRI), da dette potensielt øker mengden informasjon som en kringkaster kan formidle. Men fMRI er ikke en enkel prosedyre, og det vil komplisere en allerede ekstremt vanskelig oppgave. Forskerne spekulerer også i at signalet kan målrettes mot bestemte områder av hjernen for å utløse bevissthet om spesifikt semantisk innhold i mottakerens hjerne.

Samtidig er verktøy for mer invasiv og muligens mer effektiv hjernetilkobling i rask utvikling. Elon Musk kunngjorde nylig utviklingen av et BCI-implantat som inneholder XNUMX elektroder for å muliggjøre bred kommunikasjon mellom datamaskiner og nerveceller i hjernen. (DARPA) har utviklet et implanterbart nevralt grensesnitt som er i stand til samtidig å avfyre ​​en million nerveceller. Selv om disse BCI-modulene ikke var spesielt designet for å fungere sammen hjerne-hjernedet er ikke vanskelig å forestille seg at de kan brukes til slike formål.

I tillegg til det ovennevnte er det en annen forståelse av "biohacking", som er moteriktig spesielt i Silicon Valley og består av ulike typer velværeprosedyrer med noen ganger tvilsomme vitenskapelige grunnlag. Blant dem er ulike dietter og treningsteknikker, samt inkl. transfusjon av ungt blod, samt implantasjon av subkutane sjetonger. I dette tilfellet tenker de rike på noe som «hacking death» eller alderdom. Så langt er det ingen overbevisende bevis for at metodene de bruker kan forlenge livet nevneverdig, for ikke å snakke om udødeligheten som noen drømmer om.