Hackande natur

Naturen i sig kan lära oss hur man hackar sig in i naturen, som bin, vilket Mark Mescher och Consuelo De Moraes från ETH i Zürich noterade att de sakkunnigt knaprar på löv för att "uppmuntra" växter att blomma.

Intressant nog har försök att replikera dessa insektsbehandlingar med våra metoder inte varit framgångsrika, och forskare undrar nu om hemligheten bakom effektiva insektsskador på löv ligger i det unika mönster de använder, eller kanske i införandet av vissa ämnen av bina. På andra biohackande fält men vi klarar oss bättre.

Till exempel upptäckte ingenjörer nyligen hur förvandla spenat till miljösensoriska systemsom kan varna dig om förekomsten av sprängämnen. 2016 transplanterade kemiingenjören Ming Hao Wong och hans team vid MIT kolnanorör till spenatblad. Spår av sprängämnensom växten absorberade genom luften eller grundvattnet, gjorde nanorör avger en fluorescerande signal. För att fånga en sådan signal från fabriken riktades en liten infraröd kamera mot bladet och fästes på ett Raspberry Pi-chip. När kameran upptäckte en signal utlöste den en e-postvarning. Efter att ha utvecklat nanosensorer i spenat började Wong utveckla andra tillämpningar för tekniken, särskilt inom jordbruket för att varna för torka eller skadedjur.

fenomenet bioluminescens, till exempel. i bläckfisk, maneter och andra havsdjur. Franska designern Sandra Rey presenterar bioluminescens som ett naturligt sätt att belysa, det vill säga skapandet av "levande" lyktor som avger ljus utan elektricitet (2). Ray är grundare och VD för Glowee, ett bioluminescerande belysningsföretag. Han förutspår att de en dag kommer att kunna ersätta konventionell elektrisk gatubelysning.

2. Glowee ljusvisualisering

För produktion av ljus involverar Glowee-tekniker bioluminescensgen erhålls från Hawaiian bläckfisk till E. coli-bakterier, och sedan odlar de dessa bakterier. Genom att programmera DNA:t kan ingenjörer kontrollera färgen på ljuset när det släcks och tänds, liksom många andra modifieringar. Dessa bakterier behöver uppenbarligen tas om hand och matas för att hålla sig vid liv och stråla, så företaget jobbar på att hålla ljuset tänd längre. För tillfället, säger Rei på Wired, har de ett system som har varit igång i sex dagar. Armaturernas nuvarande begränsade livslängd gör att de för tillfället mest lämpar sig för evenemang eller festivaler.

Husdjur med elektroniska ryggsäckar

Du kan titta på insekter och försöka imitera dem. Du kan också försöka "hacka" dem och använda dem som... miniatyrdrönare. Humlor är utrustade med "ryggsäckar" med sensorer, som de som används av bönder för att övervaka sina åkrar (3). Problemet med mikrodroner är makt. Det finns inga sådana problem med insekter. De flyger outtröttligt. Ingenjörer laddade sitt "bagage" med sensorer, minne för datalagring, mottagare för platsspårning och batterier för att driva elektronik (det vill säga mycket mindre kapacitet) - allt vägde 102 milligram. När insekterna utför sina dagliga aktiviteter, mäter sensorer temperatur och luftfuktighet, och deras position spåras med hjälp av en radiosignal. Efter att ha återvänt till kupan laddas data ner och batteriet laddas trådlöst. Teamet av forskare kallar sin teknologi för Living IoT.

3. Live IoT, som är en humla med ett elektroniskt system på ryggen

Zoolog Max Planck Institutet för ornitologi. Martin Wikelski bestämde sig för att testa den populära uppfattningen att djur har en medfödd förmåga att känna kommande katastrofer. Wikelski leder det internationella djuravkänningsprojektet ICARUS. Författaren till designen och forskningen blev känd när han bifogade GPS-fyrar djur (4), både stora och små, för att studera fenomenens inverkan på deras beteende. Forskare har bland annat visat att en ökad förekomst av vit storkar kan tyda på gräshoppsangrepp, och platsen och kroppstemperaturen hos gräsänder kan tyda på spridningen av fågelinfluensa bland människor.

4. Martin Wikelski och sändarstorken

Nu använder Wikelski getter för att ta reda på om det ligger något i de gamla teorierna som djur "vet" om förestående jordbävningar och vulkanutbrott. Omedelbart efter den massiva jordbävningen i Norcia 2016 i Italien, kollade Wikelski boskap nära epicentrum för att se om de betedde sig annorlunda före chockerna. Varje krage innehöll båda GPS-spårningsenhetsom en accelerometer.

Han förklarade senare att med sådan övervakning dygnet runt är det möjligt att identifiera "normalt" beteende och sedan leta efter avvikelser. Wikelski och hans team noterade att djuren ökade sin acceleration timmarna innan jordbävningen inträffade. Han observerade "varningsperioder" från 2 till 18 timmar, beroende på avståndet från epicentrum. Wikelski ansöker om patent för ett katastrofvarningssystem baserat på djurens kollektiva beteende i förhållande till en baslinje.

Förbättra fotosynteseffektiviteten

Jorden lever för att den planterar över hela världen frigör syre som en biprodukt av fotosyntesenoch några av dem blir extra näringsrika livsmedel. Fotosyntesen är dock ofullkomlig, trots många miljoner år av evolution. Forskare vid University of Illinois har påbörjat arbetet med att korrigera defekterna i fotosyntesen, som de tror kan öka skördarna med upp till 40 procent.

De fokuserade på en process som kallas fotorespirationsom inte är så mycket en del av fotosyntesen som dess konsekvens. Liksom många biologiska processer fungerar fotosyntesen inte alltid perfekt. Under fotosyntesen tar växter in vatten och koldioxid och omvandlar dem till sockerarter (mat) och syre. Växter behöver inte syre, så det tas bort.

Forskarna isolerade ett enzym som heter ribulos-1,5-bisfosfatkarboxylas/oxygenas (RuBisCO). Detta proteinkomplex binder en koldioxidmolekyl till ribulos-1,5-bisfosfat (RuBisCO). Under århundradena har jordens atmosfär blivit mer oxiderad, vilket innebär att RuBisCO måste hantera fler syremolekyler blandade med koldioxid. I ett av fyra fall fångar RuBisCO av misstag en syremolekyl, och detta påverkar prestandan.

På grund av ofullkomligheten i denna process lämnas växter med giftiga biprodukter som glykolat och ammoniak. Bearbetningen av dessa föreningar (genom fotorespiration) kräver energi, som läggs till förlusterna till följd av fotosyntesens ineffektivitet. Författarna till studien noterar att ris, vete och sojabönor är bristfälliga på grund av detta, och RuBisCO blir ännu mindre exakt när temperaturen stiger. Detta innebär att när den globala uppvärmningen intensifieras kan det bli en minskning av mattillgången.

Denna lösning är en del av ett program som kallas (RIPE) och går ut på att introducera nya gener som gör fotorespiration snabbare och mer energieffektiv. Teamet utvecklade tre alternativa vägar med de nya genetiska sekvenserna. Dessa vägar har optimerats för 1700 olika växtarter. Under två år testade forskarna dessa sekvenser med modifierad tobak. Det är en vanlig växt inom vetenskapen eftersom dess arvsmassa är exceptionellt välkänd. Mer effektiva vägar för fotorespiration tillåter växter att spara en betydande mängd energi som kan användas för deras tillväxt. Nästa steg är att introducera gener i matgrödor som sojabönor, bönor, ris och tomater.

Konstgjorda blodkroppar och genklipp

Hackande natur detta leder i slutändan till mannen själv. Förra året rapporterade japanska forskare att de hade utvecklat ett konstgjort blod som kan användas på alla patienter, oavsett blodtyp, som har flera verkliga tillämpningar inom traumamedicin. Nyligen har forskare gjort ett ännu större genombrott genom att skapa syntetiska röda blodkroppar (5). Dessa konstgjorda blodkroppar de visar inte bara egenskaperna hos sina naturliga motsvarigheter, utan har också avancerade möjligheter. Ett team från University of New Mexico, Sandia National Laboratory och South China Polytechnic University har skapat röda blodkroppar som inte bara kan transportera syre till olika delar av kroppen, utan också leverera droger, känna av toxiner och utföra andra uppgifter. .

5. Syntetiska blodkroppar

Processen att skapa konstgjorda blodkroppar det initierades av naturliga celler som först belades med ett tunt lager av kiseldioxid och sedan med lager av positiva och negativa polymerer. Kiseldioxiden etsas sedan och slutligen täcks ytan med naturliga erytrocytmembran. Detta har lett till skapandet av konstgjorda erytrocyter med storlek, form, laddning och ytproteiner som liknar verkliga.

Dessutom visade forskarna flexibiliteten hos nybildade blodkroppar genom att trycka dem genom små luckor i modellkapillärer. Slutligen, när de testades på möss, hittades inga toxiska biverkningar även efter 48 timmars cirkulation. Testerna laddade dessa celler med hemoglobin, läkemedel mot cancer, toxicitetssensorer eller magnetiska nanopartiklar för att visa att de kunde bära olika typer av laddningar. Konstgjorda celler kan också fungera som bete för patogener.

Hackande natur detta leder i slutändan till idén om genetisk korrigering, fixering och konstruktion av människor, och öppnandet av hjärngränssnitt för direkt interaktion mellan hjärnor.

För närvarande finns det mycket oro och oro över utsikterna för mänsklig genetisk modifiering. Argumenten för är också starka, som att genetiska manipulationstekniker kan hjälpa till att eliminera sjukdomen. De kan eliminera många former av smärta och ångest. De kan öka människors intelligens och livslängd. Vissa människor går så långt som att säga att de kan förändra omfattningen av mänsklig lycka och produktivitet i många storleksordningar.

Genteknikom dess förväntade konsekvenser togs på allvar, skulle det kunna ses som en historisk händelse, lika med den kambriska explosionen, som förändrade evolutionens takt. När de flesta tänker på evolution tänker de på biologisk evolution genom naturligt urval, men som det visar sig kan andra former av det föreställas.

Från och med XNUMXs började människor att modifiera DNA från växter och djur (se även: ), Skapande genetiskt modifierade livsmedeletc. För närvarande föds en halv miljon barn varje år med hjälp av IVF. I allt högre grad inkluderar dessa processer också sekvensering av embryon för att screena för sjukdomar och bestämma det mest livskraftiga embryot (en form av genteknik, om än utan faktiska aktiva förändringar av genomet).

Med intåget av CRISPR och liknande teknologier (6) har vi sett en boom i forskning om att göra verkliga förändringar av DNA. 2018 skapade He Jiankui de första genetiskt modifierade barnen i Kina, för vilka han skickades till fängelse. För närvarande är denna fråga föremål för hård etisk debatt. Under 2017 godkände US National Academy of Sciences och National Academy of Medicine konceptet med redigering av mänskligt genom, men bara "efter att ha hittat svar på frågor om säkerhet och prestanda" och "endast vid allvarliga sjukdomar och under noggrann övervakning. "

Synvinkeln för "designer bebisar", det vill säga att designa människor genom att välja de egenskaper som ett barn ska ha för att födas, orsakar kontroverser. Detta är oönskat eftersom man tror att endast de rika och privilegierade kommer att ha tillgång till sådana metoder. Även om en sådan design är tekniskt omöjlig under lång tid så kommer den till och med att vara det genmanipulation angående radering av gener för defekter och sjukdomar är inte tydligt utvärderade. Återigen, som många fruktar, kommer detta bara att vara tillgängligt för ett fåtal utvalda.

Detta är dock inte en så enkel utskärning och inkludering av knappar som de som är bekanta med CRISPR främst från illustrationer i pressen föreställer sig. Många mänskliga egenskaper och mottaglighet för sjukdomar styrs inte av en eller två gener. Sjukdomar sträcker sig från har en gen, skapa förutsättningar för många tusen riskalternativ, öka eller minska känsligheten för miljöfaktorer. Men även om många sjukdomar, såsom depression och diabetes, är polygena, hjälper det ofta att bara skära bort enskilda gener. Till exempel utvecklar Verve en genterapi som minskar förekomsten av hjärt-kärlsjukdomar, en av de vanligaste dödsorsakerna i världen. relativt små upplagor av genomet.

För komplexa uppgifter, och en av dem polygen sjukdomsgrund, har användningen av artificiell intelligens nyligen blivit ett recept. Det är baserat på företag som det som började erbjuda föräldrar en polygen riskbedömning. Dessutom blir sekvenserade genomiska datauppsättningar större och större (vissa med över en miljon genom sekvenserade), vilket kommer att öka noggrannheten hos maskininlärningsmodeller över tiden.

hjärnans nätverk

I sin bok kallade Miguel Nicolelis, en av pionjärerna inom vad som nu kallas "brain hacking", kommunikation mänsklighetens framtid, nästa steg i utvecklingen av vår art. Han genomförde forskning där han kopplade ihop hjärnorna på flera råttor med hjälp av sofistikerade implanterade elektroder som kallas hjärn-hjärna-gränssnitt.

Nicolelis och hans kollegor beskrev prestationen som den första "organiska datorn" med levande hjärnor sammanlänkade som om de vore flera mikroprocessorer. Djuren i detta nätverk har lärt sig att synkronisera den elektriska aktiviteten i sina nervceller på samma sätt som i vilken enskild hjärna som helst. Den nätverksanslutna hjärnan har testats för saker som dess förmåga att skilja mellan två olika mönster av elektriska stimuli, och de överträffar vanligtvis enskilda djur. Om de sammankopplade hjärnorna hos råttor är "smartare" än de hos något enskilt djur, föreställ dig kapaciteten hos en biologisk superdator som är sammankopplad av en mänsklig hjärna. Ett sådant nätverk skulle kunna göra det möjligt för människor att arbeta över språkbarriärer. Dessutom, om resultaten av råttstudien är korrekta, kan nätverkandet av den mänskliga hjärnan förbättra prestandan, eller så verkar det.

Det har nyligen gjorts experiment, som också nämns på MT-sidorna, som innebar att ett litet nätverk av människor samlade hjärnaktiviteten. Tre personer som satt i olika rum arbetade tillsammans för att orientera blocket korrekt så att det kunde överbrygga gapet mellan andra block i ett Tetris-liknande videospel. Två personer som fungerade som "avsändare", med elektroencefalografer (EEG) på huvudet som registrerade den elektriska aktiviteten i deras hjärnor, såg gapet och visste om blocket behövde roteras för att passa. Den tredje personen, som fungerade som "mottagare", visste inte den korrekta lösningen och var tvungen att förlita sig på instruktioner som skickades direkt från avsändarnas hjärnor. Sammanlagt fem grupper av personer testades med detta nätverk, kallat "BrainNet" (7), och i genomsnitt uppnådde de över 80 % noggrannhet i uppgiften.

7. Foto från BrainNet-experimentet

För att göra det svårare lade forskarna ibland till brus till signalen som skickades av en av avsändarna. Inför motstridiga eller tvetydiga anvisningar lärde sig mottagarna snabbt att identifiera och följa avsändarens mer exakta instruktioner. Forskarna konstaterar att det här är den första rapporten om att många människors hjärnor har kopplats ihop på ett helt icke-invasivt sätt. De hävdar att antalet människor vars hjärnor kan kopplas samman är praktiskt taget obegränsat. De föreslår också att informationsöverföring med hjälp av icke-invasiva metoder kan förbättras genom simultan hjärnaktivitetsavbildning (fMRI), eftersom detta potentiellt ökar mängden information som ett programföretag kan förmedla. Men fMRI är inte en lätt procedur, och det kommer att komplicera en redan extremt svår uppgift. Forskarna spekulerar också i att signalen kan riktas mot specifika områden i hjärnan för att utlösa medvetenhet om specifikt semantiskt innehåll i mottagarens hjärna.

Samtidigt utvecklas verktyg för mer invasiv och möjligen effektivare hjärnanslutning snabbt. Elon Musk tillkännagav nyligen utvecklingen av ett BCI-implantat innehållande XNUMX elektroder för att möjliggöra bred kommunikation mellan datorer och nervceller i hjärnan. (DARPA) har utvecklat ett implanterbart neuralt gränssnitt som kan avfyra en miljon nervceller samtidigt. Även om dessa BCI-moduler inte var specifikt utformade för att samverka hjärna-hjärnadet är inte svårt att föreställa sig att de kan användas för sådana ändamål.

Utöver ovanstående finns en annan förståelse för "biohacking", som är på modet särskilt i Silicon Valley och består av olika typer av friskvårdsprocedurer med ibland tvivelaktiga vetenskapliga grunder. Bland dem finns olika dieter och träningstekniker, samt inkl. transfusion av ungt blod, samt implantation av subkutana chips. I det här fallet tänker de rika på något som "hacking death" eller ålderdom. Än så länge finns det inga övertygande bevis för att metoderna de använder kan förlänga livet avsevärt, för att inte tala om den odödlighet som vissa drömmer om.