Pag-hack ng kalikasan

Ang kalikasan mismo ay maaaring magturo sa atin kung paano i-hack ang kalikasan, tulad ng mga bubuyog, na binanggit nina Mark Mescher at Consuelo De Moraes ng ETH sa Zurich na dalubhasa silang kumagat ng mga dahon upang "hikayatin" ang mga halaman na mamukadkad.

Nang kawili-wili, ang mga pagtatangka na kopyahin ang mga paggamot sa insekto na ito sa aming mga pamamaraan ay hindi matagumpay, at ang mga siyentipiko ay nagtataka na ngayon kung ang sikreto sa epektibong pagkasira ng insekto sa mga dahon ay nakasalalay sa kakaibang pattern na ginagamit nila, o marahil sa pagpapakilala ng ilang mga sangkap ng mga bubuyog. Sa iba mga larangan ng biohacking gayunpaman, kami ay gumagawa ng mas mahusay.

Halimbawa, natuklasan kamakailan ng mga inhinyero kung paano gawing environmental sensory system ang spinachna maaaring alertuhan ka sa pagkakaroon ng mga pampasabog. Noong 2016, inilipat ng chemical engineer na si Ming Hao Wong at ng kanyang team sa MIT ang mga carbon nanotube sa mga dahon ng spinach. Bakas ng mga pampasabogna hinihigop ng halaman sa pamamagitan ng hangin o tubig sa lupa, na ginawang nanotubes naglalabas ng fluorescent signal. Upang makuha ang gayong signal mula sa pabrika, isang maliit na infrared camera ang itinuro sa dahon at ikinakabit sa isang Raspberry Pi chip. Kapag naka-detect ang camera ng signal, nag-trigger ito ng email alert. Matapos bumuo ng mga nanosensor sa spinach, nagsimulang bumuo si Wong ng iba pang mga aplikasyon para sa teknolohiya, lalo na sa agrikultura upang bigyan ng babala ang tagtuyot o mga peste.

ang phenomenon ng bioluminescence, halimbawa. sa pusit, dikya at iba pang nilalang sa dagat. Ang Pranses na taga-disenyo na si Sandra Rey ay nagpapakita ng bioluminescence bilang isang natural na paraan ng pag-iilaw, iyon ay, ang paglikha ng "buhay" na mga lantern na naglalabas ng liwanag nang walang kuryente (2). Si Ray ang nagtatag at CEO ng Glowee, isang kumpanya ng pag-iilaw ng bioluminescent. Hinuhulaan niya na isang araw ay mapapalitan nila ang conventional electric street lighting.

2. Glowee Lighting Visualization

Para sa paggawa ng liwanag, kasama ang mga technician ng Glowee bioluminescence gene nakuha mula sa Hawaiian cuttlefish sa E. coli bacteria, at pagkatapos ay pinalaki nila ang mga bacteria na ito. Sa pamamagitan ng pagprograma ng DNA, makokontrol ng mga inhinyero ang kulay ng ilaw kapag ito ay naka-off at naka-on, pati na rin ang maraming iba pang mga pagbabago. Ang mga bacteria na ito ay malinaw na kailangang alagaan at pakainin upang manatiling buhay at nagliliwanag, kaya ang kumpanya ay nagtatrabaho upang panatilihing mas matagal ang ilaw. Sa ngayon, sabi ni Rey sa Wired, mayroon silang isang system na tumatakbo sa loob ng anim na araw. Ang kasalukuyang limitadong habang-buhay ng mga fixture ay nangangahulugan na ang mga ito ay halos lahat ay angkop para sa mga kaganapan o festival sa ngayon.

Mga alagang hayop na may mga electronic na backpack

Maaari kang manood ng mga insekto at subukang gayahin ang mga ito. Maaari mo ring subukang "i-hack" ang mga ito at gamitin ang mga ito bilang... mga miniature na drone. Ang mga bumblebee ay nilagyan ng "mga backpack" na may mga sensor, tulad ng mga ginagamit ng mga magsasaka upang subaybayan ang kanilang mga bukid (3). Ang problema sa microdrones ay kapangyarihan. Walang ganoong problema sa mga insekto. Lumipad sila ng walang pagod. Nilagyan ng mga inhinyero ang kanilang "baggage" ng mga sensor, memory para sa pag-iimbak ng data, mga receiver para sa pagsubaybay sa lokasyon at mga baterya para sa pagpapagana ng electronics (iyon ay, mas maliit na kapasidad) - lahat ay tumitimbang ng 102 milligrams. Habang ginagawa ng mga insekto ang kanilang pang-araw-araw na gawain, sinusukat ng mga sensor ang temperatura at halumigmig, at ang kanilang posisyon ay sinusubaybayan gamit ang signal ng radyo. Pagkatapos bumalik sa pugad, ang data ay dina-download at ang baterya ay wireless na naka-charge. Tinatawag ng pangkat ng mga siyentipiko ang kanilang teknolohiya na Living IoT.

3. Live IoT, na isang bumblebee na may electronic system sa likod nito

Zoologist sa Max Planck Institute for Ornithology. Martin Wikelski nagpasya na subukan ang popular na paniniwala na ang mga hayop ay may likas na kakayahang makadama ng mga paparating na sakuna. Pinamunuan ni Wikelski ang internasyonal na proyekto sa pag-iingat ng hayop, ang ICARUS. Ang may-akda ng disenyo at pananaliksik ay nakakuha ng katanyagan nang siya ay nakalakip Mga GPS beacon hayop (4), parehong malaki at maliit, upang pag-aralan ang impluwensya ng mga phenomena sa kanilang pag-uugali. Ipinakita ng mga siyentipiko, bukod sa iba pang mga bagay, na ang pagtaas ng presensya ng mga puting tagak ay maaaring nagpapahiwatig ng mga pag-atake ng balang, at ang lokasyon at temperatura ng katawan ng mga mallard duck ay maaaring nagpapahiwatig ng pagkalat ng avian influenza sa mga tao.

4. Martin Wikelski at ang transmitter stork

Ngayon ay gumagamit si Wikelski ng mga kambing upang malaman kung mayroong isang bagay sa mga sinaunang teorya na "alam" ng mga hayop tungkol sa paparating na lindol at pagsabog ng bulkan. Kaagad pagkatapos ng napakalaking lindol sa Norcia noong 2016 sa Italya, kinalkal ni Wikelski ang mga hayop malapit sa sentro ng lindol upang makita kung naiiba ang kanilang pagkilos bago ang mga pagkabigla. Ang bawat kwelyo ay naglalaman ng pareho GPS tracking deviceparang accelerometer.

Nang maglaon ay ipinaliwanag niya na sa gayong pagsubaybay sa buong orasan, matutukoy ng isa ang "normal" na pag-uugali at pagkatapos ay maghanap ng mga abnormalidad. Napansin ni Wikelski at ng kanyang koponan na ang mga hayop ay tumaas ang kanilang acceleration sa mga oras bago tumama ang lindol. Naobserbahan niya ang "mga panahon ng babala" mula 2 hanggang 18 oras, depende sa distansya mula sa sentro ng lindol. Nag-apply si Wikelski para sa isang patent para sa isang disaster warning system batay sa sama-samang pag-uugali ng mga hayop na nauugnay sa isang baseline.

Pagbutihin ang kahusayan ng photosynthesis

Ang mundo ay nabubuhay dahil ito ay nagtatanim sa buong mundo naglalabas ng oxygen bilang isang by-product ng photosynthesisat ang ilan sa mga ito ay nagiging karagdagang masustansyang pagkain. Gayunpaman, ang photosynthesis ay hindi perpekto, sa kabila ng maraming milyong taon ng ebolusyon. Ang mga mananaliksik sa Unibersidad ng Illinois ay nagsimulang magtrabaho sa pagwawasto ng mga depekto sa photosynthesis, na pinaniniwalaan nilang maaaring tumaas ang mga ani ng pananim ng hanggang 40 porsiyento.

Nakatutok sila sa isang proseso na tinatawag na photorespirationna hindi gaanong bahagi ng photosynthesis bilang kinahinatnan nito. Tulad ng maraming biological na proseso, ang photosynthesis ay hindi palaging gumagana nang perpekto. Sa panahon ng photosynthesis, ang mga halaman ay kumukuha ng tubig at carbon dioxide at ginagawa itong mga asukal (pagkain) at oxygen. Ang mga halaman ay hindi nangangailangan ng oxygen, kaya ito ay inalis.

Ang mga mananaliksik ay naghiwalay ng isang enzyme na tinatawag na ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO). Ang kumplikadong protina na ito ay nagbubuklod sa isang molekula ng carbon dioxide sa ribulose-1,5-bisphosphate (RuBisCO). Sa paglipas ng mga siglo, ang kapaligiran ng Earth ay naging mas na-oxidized, ibig sabihin ay kailangang harapin ng RuBisCO ang higit pang mga molekula ng oxygen na may halong carbon dioxide. Sa isa sa apat na kaso, nagkakamali ang RuBisCO sa pagkuha ng isang molekula ng oxygen, at ito ay nakakaapekto sa pagganap.

Dahil sa di-kasakdalan ng prosesong ito, ang mga halaman ay naiwan ng mga nakakalason na by-product tulad ng glycolate at ammonia. Ang pagproseso ng mga compound na ito (sa pamamagitan ng photorespiration) ay nangangailangan ng enerhiya, na idinagdag sa mga pagkalugi na nagreresulta mula sa kawalan ng kahusayan ng photosynthesis. Ang mga may-akda ng pag-aaral ay nagpapansin na ang bigas, trigo at soybeans ay kulang dahil dito, at ang RuBisCO ay nagiging mas tumpak habang ang temperatura ay tumataas. Nangangahulugan ito na habang tumitindi ang pag-init ng mundo, maaaring magkaroon ng pagbawas sa mga suplay ng pagkain.

Ang solusyon na ito ay bahagi ng isang programa na tinatawag na (RIPE) at nagsasangkot ng pagpapakilala ng mga bagong gene na nagpapabilis ng photorespiration at mas mahusay sa enerhiya. Ang koponan ay bumuo ng tatlong alternatibong landas gamit ang mga bagong genetic sequence. Ang mga landas na ito ay na-optimize para sa 1700 iba't ibang uri ng halaman. Sa loob ng dalawang taon, sinubukan ng mga siyentipiko ang mga sequence na ito gamit ang binagong tabako. Ito ay isang pangkaraniwang halaman sa agham dahil ang genome nito ay lubos na naiintindihan. Higit pa mahusay na mga landas para sa photorespiration payagan ang mga halaman na makatipid ng malaking halaga ng enerhiya na maaaring magamit para sa kanilang paglaki. Ang susunod na hakbang ay ang pagpasok ng mga gene sa mga pananim na pagkain tulad ng soybeans, beans, bigas at kamatis.

Mga artipisyal na selula ng dugo at mga clipping ng gene

Pag-hack ng kalikasan ito ay humahantong sa huli sa tao mismo. Noong nakaraang taon, iniulat ng mga Japanese scientist na nakabuo sila ng isang artipisyal na dugo na maaaring gamitin sa sinumang pasyente, anuman ang uri ng dugo, na may ilang totoong buhay na aplikasyon sa trauma medicine. Kamakailan, ang mga siyentipiko ay nakagawa ng isang mas malaking tagumpay sa pamamagitan ng paglikha ng mga sintetikong pulang selula ng dugo (5). Ang mga ito artipisyal na mga selula ng dugo hindi lamang nila ipinapakita ang mga katangian ng kanilang mga likas na katapat, ngunit mayroon ding mga advanced na kakayahan. Ang isang koponan mula sa University of New Mexico, Sandia National Laboratory, at South China Polytechnic University ay lumikha ng mga pulang selula ng dugo na hindi lamang makapagdala ng oxygen sa iba't ibang bahagi ng katawan, ngunit naghahatid din ng mga gamot, nakakadama ng mga lason, at nagsasagawa ng iba pang mga gawain. .

5. Sintetikong selula ng dugo

Ang proseso ng paglikha ng mga artipisyal na selula ng dugo ito ay pinasimulan ng mga natural na selula na unang pinahiran ng manipis na layer ng silica at pagkatapos ay may mga layer ng positibo at negatibong polimer. Ang silica ay pagkatapos ay nakaukit at sa wakas ang ibabaw ay natatakpan ng natural na erythrocyte membranes. Ito ay humantong sa paglikha ng mga artipisyal na erythrocytes, na may sukat, hugis, singil at mga protina sa ibabaw na katulad ng mga tunay.

Bilang karagdagan, ipinakita ng mga mananaliksik ang kakayahang umangkop ng mga bagong nabuong selula ng dugo sa pamamagitan ng pagtulak sa kanila sa maliliit na puwang sa mga capillary ng modelo. Sa wakas, kapag sinubukan sa mga daga, walang nakitang nakakalason na epekto kahit pagkatapos ng 48 oras ng sirkulasyon. Nilagyan ng mga pagsusuri ang mga cell na ito ng hemoglobin, mga gamot na anti-cancer, toxicity sensor, o magnetic nanoparticle upang ipakita na maaari silang magdala ng iba't ibang uri ng mga singil. Ang mga artipisyal na selula ay maaari ding kumilos bilang pain para sa mga pathogen.

Pag-hack ng kalikasan ito sa huli ay humahantong sa ideya ng genetic correction, pag-aayos at pag-inhinyero ng mga tao, at ang pagbubukas ng mga interface ng utak para sa direktang komunikasyon sa pagitan ng mga utak.

Sa kasalukuyan, maraming pagkabalisa at pag-aalala tungkol sa pag-asam ng pagbabago ng genetic ng tao. Ang mga argumento na pabor ay malakas din, tulad ng mga pamamaraan ng pagmamanipula ng genetiko ay maaaring makatulong sa pag-alis ng sakit. Maaari nilang alisin ang maraming anyo ng sakit at pagkabalisa. Maaari nilang mapataas ang katalinuhan at mahabang buhay ng mga tao. Ang ilang mga tao ay umabot sa pagsasabi na maaari nilang baguhin ang sukat ng kaligayahan at pagiging produktibo ng tao sa pamamagitan ng maraming mga order ng magnitude.

Genetic engineeringkung ang mga inaasahang kahihinatnan nito ay sineseryoso, maaari itong ituring na isang makasaysayang kaganapan, katumbas ng pagsabog ng Cambrian, na nagpabago sa bilis ng ebolusyon. Kapag iniisip ng karamihan sa mga tao ang ebolusyon, iniisip nila ang biyolohikal na ebolusyon sa pamamagitan ng natural na seleksyon, ngunit sa lumalabas, ang iba pang mga anyo nito ay maiisip.

Simula noong XNUMXs, sinimulan ng mga tao na baguhin ang DNA ng mga halaman at hayop (Tingnan din: ), paglikha mga genetically modified na pagkainatbp. Sa kasalukuyan, kalahating milyong bata ang ipinapanganak bawat taon sa tulong ng IVF. Parami nang parami, ang mga prosesong ito ay kinabibilangan din ng pagkakasunud-sunod ng mga embryo upang suriin para sa mga sakit at pagtukoy sa pinaka-mabubuhay na embryo (isang anyo ng genetic engineering, kahit na walang aktwal na aktibong pagbabago sa genome).

Sa pagdating ng CRISPR at mga katulad na teknolohiya (6), nasaksihan namin ang pag-unlad ng pananaliksik sa paggawa ng mga tunay na pagbabago sa DNA. Noong 2018, nilikha ni He Jiankui ang unang genetically modified na mga bata sa China, kung saan siya ay ipinadala sa bilangguan. Ang isyung ito ay kasalukuyang paksa ng mabangis na debate sa etika. Noong 2017, inaprubahan ng US National Academy of Sciences at ng National Academy of Medicine ang konsepto ng pag-edit ng genome ng tao, ngunit "pagkatapos lamang makahanap ng mga sagot sa mga tanong ng kaligtasan at pagganap" at "sa kaso lamang ng mga malubhang sakit at sa ilalim ng malapit na pangangasiwa. "

Ang punto ng pananaw ng "mga sanggol na taga-disenyo", iyon ay, ang pagdidisenyo ng mga tao sa pamamagitan ng pagpili ng mga katangian na dapat ipanganak ng isang bata, ay nagdudulot ng kontrobersya. Ito ay hindi kanais-nais dahil pinaniniwalaan na ang mayayaman at may pribilehiyo lamang ang magkakaroon ng mga ganitong pamamaraan. Kahit na ang gayong disenyo ay teknikal na imposible sa loob ng mahabang panahon, ito ay magiging pagmamanipula ng genetic tungkol sa pagtanggal ng mga gene para sa mga depekto at sakit ay hindi malinaw na sinusuri. Muli, gaya ng kinatatakutan ng marami, ito ay magagamit lamang sa piling iilan.

Gayunpaman, hindi ito kasing simple ng pag-cut-out at pagsasama ng mga button gaya ng mga pamilyar sa CRISPR pangunahin mula sa mga guhit sa press na iniisip. Maraming katangian ng tao at pagiging madaling kapitan sa sakit ay hindi kontrolado ng isa o dalawang gene. Ang mga sakit ay mula sa pagkakaroon ng isang gene, lumilikha ng mga kundisyon para sa maraming libu-libong opsyon sa panganib, pagtaas o pagbabawas ng pagkamaramdamin sa mga salik sa kapaligiran. Gayunpaman, habang maraming sakit, tulad ng depression at diabetes, ay polygenic, kahit na ang simpleng pagputol ng mga indibidwal na gene ay kadalasang nakakatulong. Halimbawa, ang Verve ay gumagawa ng gene therapy na nagpapababa sa paglaganap ng cardiovascular disease, isa sa mga nangungunang sanhi ng kamatayan sa buong mundo. medyo maliit na edisyon ng genome.

Para sa mga kumplikadong gawain, at isa sa mga ito polygenic na batayan ng sakit, ang paggamit ng artificial intelligence ay naging isang recipe kamakailan. Nakabatay ito sa mga kumpanyang tulad ng nagsimulang mag-alok sa mga magulang ng polygenic risk assessment. Bilang karagdagan, ang mga sunud-sunod na genomic dataset ay palaki nang palaki (ang ilan ay may higit sa isang milyong genome na pinagsunod-sunod), na magpapataas sa katumpakan ng mga modelo ng machine learning sa paglipas ng panahon.

network ng utak

Sa kanyang aklat, si Miguel Nicolelis, isa sa mga pioneer ng kilala ngayon bilang "brain hacking," na tinatawag na komunikasyon ang hinaharap ng sangkatauhan, ang susunod na yugto sa ebolusyon ng ating mga species. Nagsagawa siya ng pananaliksik kung saan ikinonekta niya ang utak ng ilang daga gamit ang mga sopistikadong implanted electrodes na kilala bilang brain-brain interfaces.

Inilarawan ni Nicolelis at ng kanyang mga kasamahan ang tagumpay bilang ang unang "organic na computer" na may mga buhay na utak na magkakaugnay na parang marami silang microprocessor. Natutunan ng mga hayop sa network na ito na i-synchronize ang electrical activity ng kanilang nerve cells sa parehong paraan na ginagawa nila sa alinmang indibidwal na utak. Ang naka-network na utak ay nasubok para sa mga bagay tulad ng kakayahan nitong makilala sa pagitan ng dalawang magkaibang pattern ng electrical stimuli, at kadalasang nilalampasan ang mga indibidwal na hayop. Kung ang magkakaugnay na utak ng mga daga ay "mas matalino" kaysa sa alinmang hayop, isipin ang mga kakayahan ng isang biological supercomputer na magkakaugnay ng utak ng tao. Maaaring payagan ng naturang network ang mga tao na magtrabaho sa kabila ng mga hadlang sa wika. Gayundin, kung ang mga resulta ng pag-aaral ng daga ay tama, ang networking sa utak ng tao ay maaaring mapabuti ang pagganap, o tila.

Nagkaroon ng mga kamakailang eksperimento, na binanggit din sa mga pahina ng MT, na kinabibilangan ng pagsasama-sama ng aktibidad ng utak ng isang maliit na network ng mga tao. Tatlong tao na nakaupo sa iba't ibang mga silid ang nagtulungan upang i-orient nang tama ang block upang matulungan nito ang pagitan ng iba pang mga bloke sa isang mala-Tetris na video game. Dalawang tao na kumilos bilang "mga nagpadala," na may mga electroencephalograph (EEG) sa kanilang mga ulo na nagtala ng elektrikal na aktibidad ng kanilang mga utak, nakita ang puwang at alam kung ang bloke ay kailangang paikutin upang magkasya. Ang ikatlong tao, na kumikilos bilang "receiver", ay hindi alam ang tamang solusyon at kailangang umasa sa mga tagubilin na direktang ipinadala mula sa utak ng mga nagpadala. Isang kabuuang limang grupo ng mga tao ang nasubok sa network na ito, na tinatawag na "BrainNet" (7), at sa karaniwan ay nakamit nila ang higit sa 80% na katumpakan sa gawain.

7. Larawan mula sa eksperimento sa BrainNet

Upang gawing mas mahirap ang mga bagay, kung minsan ay nagdaragdag ang mga mananaliksik ng ingay sa signal na ipinadala ng isa sa mga nagpadala. Nahaharap sa magkasalungat o hindi maliwanag na direksyon, mabilis na natutunan ng mga tatanggap na kilalanin at sundin ang mas tumpak na mga tagubilin ng nagpadala. Napansin ng mga mananaliksik na ito ang unang ulat na ang utak ng maraming tao ay na-wire sa ganap na hindi nagsasalakay na paraan. Pinagtatalunan nila na halos walang limitasyon ang bilang ng mga tao na maaaring ma-network ang utak. Iminumungkahi din nila na ang paghahatid ng impormasyon gamit ang mga non-invasive na pamamaraan ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng sabay-sabay na brain activity imaging (fMRI), dahil ito ay potensyal na nagpapataas ng dami ng impormasyon na maaaring ihatid ng isang broadcaster. Gayunpaman, ang fMRI ay hindi isang madaling pamamaraan, at ito ay magpapalubha sa isang napakahirap na gawain. Ang mga mananaliksik ay nag-isip din na ang signal ay maaaring ma-target sa mga partikular na bahagi ng utak upang ma-trigger ang kamalayan ng partikular na semantic na nilalaman sa utak ng tatanggap.

Kasabay nito, ang mga tool para sa mas invasive at marahil mas mahusay na koneksyon sa utak ay mabilis na umuunlad. Elon Musk kamakailan ay inihayag ang pagbuo ng isang BCI implant na naglalaman ng XNUMX electrodes upang paganahin ang malawak na komunikasyon sa pagitan ng mga computer at nerve cells sa utak. (DARPA) ay bumuo ng isang implantable neural interface na may kakayahang sabay na magpaputok ng isang milyong nerve cells. Bagama't ang mga BCI module na ito ay hindi partikular na idinisenyo upang mag-interoperate utak-utakhindi mahirap isipin na magagamit ang mga ito para sa gayong mga layunin.

Bilang karagdagan sa nabanggit, may isa pang pag-unawa sa "biohacking", na kung saan ay sunod sa moda lalo na sa Silicon Valley at binubuo sa iba't ibang uri ng wellness procedure na kung minsan ay kahina-hinala na mga siyentipikong pundasyon. Kabilang sa mga ito ang iba't ibang mga diyeta at mga diskarte sa ehersisyo, pati na rin ang kasama. pagsasalin ng batang dugo, pati na rin ang pagtatanim ng subcutaneous chips. Sa kasong ito, iniisip ng mga mayayaman ang isang bagay tulad ng "hacking death" o katandaan. Sa ngayon, walang nakakumbinsi na ebidensiya na ang mga pamamaraang ginagamit nila ay maaaring makapagpalawig ng buhay, bukod pa sa imortalidad na pinapangarap ng ilan.