Dabas uzlaušana

Pati daba var iemācīt mums ielauzties dabā, piemēram, bitēm, kuras Marks Mesšers un Konsuelo De Morē no ETH Cīrihē atzīmēja, ka viņi prasmīgi grauž lapas, lai "mudinātu" augus uzziedēt.

Interesanti, ka mēģinājumi atkārtot šīs kukaiņu ārstēšanas metodes ar mūsu metodēm ir bijuši neveiksmīgi, un zinātnieki tagad domā, vai efektīva kukaiņu lapu bojājumu noslēpums slēpjas unikālajā veidā, ko tās izmanto, vai varbūt tajā, ka bites ievada dažas vielas. Uz citiem biohacking lauki tomēr mums iet labāk.

Piemēram, inženieri nesen atklāja, kā pārvērst spinātus vides maņu sistēmāskas var brīdināt par sprāgstvielu klātbūtni. 2016. gadā ķīmijas inženieris Ming Hao Wong un viņa komanda MIT pārstādīja oglekļa nanocaurules spinātu lapās. sprāgstvielu pēdasko augs absorbēja caur gaisu vai gruntsūdeņiem, izgatavoja nanocaurules izstaro fluorescējošu signālu. Lai uztvertu šādu signālu no rūpnīcas, uz lapiņu tika vērsta neliela infrasarkanā kamera, kas piestiprināta pie Raspberry Pi mikroshēmas. Kad kamera atklāja signālu, tā izraisīja e-pasta brīdinājumu. Pēc nanosensoru izstrādes spinātos Vongs sāka izstrādāt citus šīs tehnoloģijas lietojumus, īpaši lauksaimniecībā, lai brīdinātu par sausumu vai kaitēkļiem.

piemēram, bioluminiscences fenomens. kalmāros, medūzās un citos jūras radījumos. Franču dizainere Sandra Reja bioluminiscenci prezentē kā dabisku apgaismojuma veidu, tas ir, "dzīvu" laternu radīšanu, kas izstaro gaismu bez elektrības (2). Rejs ir bioluminiscences apgaismojuma uzņēmuma Glowee dibinātājs un izpilddirektors. Viņš prognozē, ka kādu dienu viņi varēs nomainīt parasto elektrisko ielu apgaismojumu.

2. Glowee apgaismojuma vizualizācija

Gaismas ražošanā Glowee tehniķi iesaista bioluminiscences gēns iegūtas no Havaju sēpijām E. coli baktērijās, un tad tās audzē šīs baktērijas. Programmējot DNS, inženieri var kontrolēt gaismas krāsu, kad tā izslēdzas un ieslēdzas, kā arī daudzas citas modifikācijas. Šīs baktērijas acīmredzot ir jākopj un jābaro, lai tās paliktu dzīvas un starojošas, tāpēc uzņēmums strādā, lai gaisma būtu ilgāka. Pašlaik, saka Rei no Wired, viņiem ir viena sistēma, kas darbojas sešas dienas. Pašreizējais ierobežotais gaismekļu kalpošanas laiks nozīmē, ka šobrīd tie lielākoties ir piemēroti pasākumiem vai festivāliem.

Mājdzīvnieki ar elektroniskām mugursomām

Jūs varat vērot kukaiņus un mēģināt tos atdarināt. Varat arī mēģināt tos “uzlauzt” un izmantot kā… miniatūrie droni. Kamenes ir aprīkotas ar "mugursomām" ar sensoriem, piemēram, tiem, ko izmanto lauksaimnieki, lai uzraudzītu savus laukus (3). Mikrodronu problēma ir jauda. Ar kukaiņiem tādu problēmu nav. Viņi nenogurstoši lido. Inženieri iekrāva savu "bagāžu" ar sensoriem, atmiņu datu glabāšanai, uztvērējiem atrašanās vietas izsekošanai un akumulatoriem elektronikas darbināšanai (tas ir, daudz mazākas ietilpības) — viss sver 102 miligramus. Kamēr kukaiņi veic savas ikdienas aktivitātes, sensori mēra temperatūru un mitrumu, un to atrašanās vieta tiek izsekota, izmantojot radiosignālu. Pēc atgriešanās stropā dati tiek lejupielādēti un akumulators tiek uzlādēts bezvadu režīmā. Zinātnieku komanda savu tehnoloģiju dēvē par Living IoT.

3. Live IoT, kas ir kamene ar elektronisku sistēmu aizmugurē

Zoologa Maksa Planka Ornitoloģijas institūts. Mārtiņš Vikelskis nolēma pārbaudīt populāro uzskatu, ka dzīvniekiem ir iedzimta spēja sajust gaidāmās katastrofas. Vikelskis vada starptautisku dzīvnieku noteikšanas projektu ICARUS. Dizaina un izpētes autors ieguva bēdīgu slavu, kad viņš pievienoja GPS bākas dzīvnieki (4), gan lieli, gan mazi, lai izpētītu parādību ietekmi uz viņu uzvedību. Zinātnieki cita starpā ir pierādījuši, ka palielināta balto stārķu klātbūtne var liecināt par siseņu invāziju, un meža pīļu atrašanās vieta un ķermeņa temperatūra var liecināt par putnu gripas izplatību cilvēku vidū.

4. Martins Vikelskis un raidītājs stārķis

Tagad Vikelskis izmanto kazas, lai noskaidrotu, vai senajās teorijās ir kaut kas tāds, ko dzīvnieki "zina" par gaidāmajām zemestrīcēm un vulkānu izvirdumiem. Uzreiz pēc masīvās 2016. gada Norcia zemestrīces Itālijā, Vikelskis netālu no epicentra uzlika mājlopiem apkakles, lai noskaidrotu, vai tie pirms triecieniem uzvedās citādi. Katra apkakle saturēja abus GPS izsekošanas ierīcekā akselerometrs.

Vēlāk viņš paskaidroja, ka ar šādu diennakts uzraudzību var noteikt "normālu" uzvedību un pēc tam meklēt novirzes. Vikelskis un viņa komanda atzīmēja, ka dzīvnieki palielināja savu paātrinājumu stundās pirms zemestrīces. Viņš novēroja "brīdinājuma periodus" no 2 līdz 18 stundām atkarībā no attāluma no epicentra. Wikelski piesakās patentam katastrofu brīdināšanas sistēmai, kuras pamatā ir dzīvnieku kolektīvā uzvedība attiecībā pret bāzes līniju.

Uzlabot fotosintēzes efektivitāti

Zeme dzīvo, jo tā stāda visā pasaulē izdala skābekli kā fotosintēzes blakusproduktuun daži no tiem kļūst par papildu barojošu pārtiku. Tomēr fotosintēze ir nepilnīga, neskatoties uz daudzu miljonu gadu evolūciju. Ilinoisas universitātes pētnieki ir sākuši darbu pie fotosintēzes defektu novēršanas, kas, viņuprāt, varētu palielināt ražu līdz pat 40 procentiem.

Viņi koncentrējās uz process, ko sauc par fotoelpošanukas ir ne tik daudz fotosintēzes sastāvdaļa, cik tās sekas. Tāpat kā daudzi bioloģiskie procesi, fotosintēze ne vienmēr darbojas perfekti. Fotosintēzes laikā augi uzņem ūdeni un oglekļa dioksīdu un pārvērš tos cukuros (pārtikā) un skābeklī. Augiem nav nepieciešams skābeklis, tāpēc tas tiek noņemts.

Pētnieki izolēja fermentu, ko sauc par ribulozes-1,5-bisfosfāta karboksilāzi / oksigenāzi (RuBisCO). Šis olbaltumvielu komplekss saista oglekļa dioksīda molekulu ar ribulozes-1,5-bisfosfātu (RuBisCO). Gadsimtu gaitā Zemes atmosfēra ir kļuvusi vairāk oksidēta, kas nozīmē, ka RuBisCO ir jātiek galā ar vairāk skābekļa molekulu, kas sajauktas ar oglekļa dioksīdu. Vienā no četriem gadījumiem RuBisCO kļūdaini uztver skābekļa molekulu, un tas ietekmē veiktspēju.

Šī procesa nepilnības dēļ augos paliek toksiski blakusprodukti, piemēram, glikolāts un amonjaks. Šo savienojumu apstrādei (izmantojot fotoelpošanu) ir nepieciešama enerģija, kas tiek pievienota zudumiem, kas rodas fotosintēzes neefektivitātes dēļ. Pētījuma autori atzīmē, ka šī iemesla dēļ trūkst rīsu, kviešu un sojas pupu, un RuBisCO kļūst vēl mazāk precīzs, paaugstinoties temperatūrai. Tas nozīmē, ka, pastiprinoties globālajai sasilšanai, var samazināties pārtikas krājumi.

Šis risinājums ir daļa no programmas, ko sauc (RIPE), un tas ietver jaunu gēnu ieviešanu, kas padara fotoelpošanu ātrāku un energoefektīvāku. Komanda izstrādāja trīs alternatīvus ceļus, izmantojot jaunās ģenētiskās sekvences. Šie ceļi ir optimizēti 1700 dažādām augu sugām. Divus gadus zinātnieki pārbaudīja šīs sekvences, izmantojot modificētu tabaku. Zinātnē tas ir izplatīts augs, jo tā genoms ir ārkārtīgi labi izprotams. Vairāk efektīvi fotorespirācijas ceļi ļauj augiem ietaupīt ievērojamu enerģijas daudzumu, ko var izmantot to augšanai. Nākamais solis ir ieviest gēnus pārtikas kultūrās, piemēram, sojas pupās, pupās, rīsos un tomātos.

Mākslīgās asins šūnas un gēnu izgriezumi

Dabas uzlaušana tas galu galā noved pie paša cilvēka. Pagājušajā gadā Japānas zinātnieki ziņoja, ka viņi ir izstrādājuši mākslīgās asinis, ko var izmantot jebkuram pacientam neatkarīgi no asinsgrupas, kam ir vairākas reālās dzīves pielietošanas iespējas traumu medicīnā. Nesen zinātnieki ir panākuši vēl lielāku izrāvienu, radot sintētiskas sarkanās asins šūnas (5). Šīs mākslīgās asins šūnas tiem ir ne tikai dabisko kolēģu īpašības, bet arī uzlabotas iespējas. Ņūmeksikas Universitātes, Sandijas Nacionālās laboratorijas un Dienvidķīnas Politehniskās universitātes komanda ir radījusi sarkanās asins šūnas, kas var ne tikai nogādāt skābekli uz dažādām ķermeņa daļām, bet arī piegādāt zāles, sajust toksīnus un veikt citus uzdevumus. .

5. Sintētiskā asins šūna

Mākslīgo asins šūnu radīšanas process to ierosināja dabiskās šūnas, kas vispirms tika pārklātas ar plānu silīcija dioksīda slāni un pēc tam ar pozitīvo un negatīvo polimēru slāņiem. Pēc tam silīcija dioksīds tiek iegravēts un visbeidzot virsma tiek pārklāta ar dabīgām eritrocītu membrānām. Tā rezultātā ir izveidoti mākslīgie eritrocīti, kuru izmērs, forma, lādiņš un virsmas proteīni ir līdzīgi īstiem.

Turklāt pētnieki demonstrēja jaunizveidoto asins šūnu elastību, izspiežot tās cauri sīkiem spraugām modeļa kapilāros. Visbeidzot, pārbaudot ar pelēm, nekādas toksiskas blakusparādības netika konstatētas pat pēc 48 stundu ilgas cirkulācijas. Pārbaudēs šīs šūnas tika ielādētas ar hemoglobīnu, pretvēža zālēm, toksicitātes sensoriem vai magnētiskām nanodaļiņām, lai parādītu, ka tās var pārvadāt dažāda veida lādiņus. Mākslīgās šūnas var darboties arī kā ēsma patogēniem.

Dabas uzlaušana tas galu galā noved pie idejas par ģenētisko korekciju, cilvēku fiksēšanu un inženieriju, kā arī smadzeņu saskarņu atvēršanu tiešai mijiedarbībai starp smadzenēm.

Pašlaik ir daudz satraukumu un raižu par cilvēka ģenētiskās modifikācijas izredzēm. Arī argumenti par labu ir spēcīgi, piemēram, ka ģenētiskās manipulācijas metodes var palīdzēt novērst slimību. Tie var novērst dažādu veidu sāpes un trauksmi. Tie var palielināt cilvēku intelektu un ilgmūžību. Daži cilvēki iet tik tālu, ka viņi var mainīt cilvēka laimes un produktivitātes mērogu par daudzām kārtām.

Gēnu inženierijaja tā gaidāmās sekas tiktu uztvertas nopietni, to varētu uzskatīt par vēsturisku notikumu, kas līdzvērtīgs Kembrija sprādzienam, kas mainīja evolūcijas tempu. Kad lielākā daļa cilvēku domā par evolūciju, viņi domā par bioloģisko evolūciju dabiskās atlases ceļā, taču, kā izrādās, var iedomāties arī citus tās veidus.

Sākot ar XNUMX gadiem, cilvēki sāka modificēt augu un dzīvnieku DNS (Skatīt arī: ), radīšana ģenētiski modificētu pārtikuutt Pašlaik ar IVF palīdzību katru gadu piedzimst pusmiljons bērnu. Arvien biežāk šie procesi ietver arī embriju sekvencēšanu, lai pārbaudītu slimības un noteiktu dzīvotspējīgāko embriju (ģenētiskās inženierijas veids, lai gan bez faktiskām aktīvām izmaiņām genomā).

Līdz ar CRISPR un līdzīgu tehnoloģiju (6) parādīšanos mēs esam bijuši liecinieki pētniecības uzplaukumam, lai veiktu reālas izmaiņas DNS. 2018. gadā He Jiankui radīja pirmos ģenētiski modificētos bērnus Ķīnā, par ko viņš tika nosūtīts uz cietumu. Šis jautājums šobrīd ir sīvas ētiskas diskusijas objekts. 2017. gadā ASV Nacionālā zinātņu akadēmija un Nacionālā medicīnas akadēmija apstiprināja cilvēka genoma rediģēšanas koncepciju, taču tikai "pēc atbilžu atrašanas uz drošības un veiktspējas jautājumiem" un "tikai nopietnu slimību gadījumā un stingrā uzraudzībā. "

"Dizaineru mazuļu" skatījums, tas ir, cilvēku projektēšana, izvēloties īpašības, kurām bērnam ir jāpiedzimst, izraisa domstarpības. Tas ir nevēlami, jo tiek uzskatīts, ka šādas metodes varēs piekļūt tikai bagātajiem un priviliģētajiem. Pat ja šāds dizains ilgu laiku ir tehniski neiespējams, tas pat būs ģenētiskā manipulācija par defektu un slimību gēnu dzēšanu nav skaidri novērtēti. Atkal, kā daudzi baidās, tas būs pieejams tikai dažiem atlasītajiem.

Tomēr tā nav tik vienkārša pogu izgriešana un iekļaušana, kā to iedomājas tie, kuri CRISPR pārzina galvenokārt no ilustrācijām presē. Daudzas cilvēka īpašības un uzņēmību pret slimībām nekontrolē viens vai divi gēni. Slimības svārstās no kam ir viens gēns, radot apstākļus daudziem tūkstošiem riska iespēju, palielinot vai samazinot uzņēmību pret vides faktoriem. Tomēr, lai gan daudzas slimības, piemēram, depresija un diabēts, ir poligēnas, pat vienkārša atsevišķu gēnu izgriešana bieži palīdz. Piemēram, Verve izstrādā gēnu terapiju, kas samazina sirds un asinsvadu slimību izplatību, kas ir viens no galvenajiem nāves cēloņiem visā pasaulē. salīdzinoši nelieli genoma izdevumi.

Sarežģītiem uzdevumiem un vienam no tiem slimības poligēnais pamats, mākslīgā intelekta izmantošana pēdējā laikā ir kļuvusi par recepti. Tas ir balstīts uz tādiem uzņēmumiem kā tas, kas sāka piedāvāt vecākiem poligēna riska novērtējumu. Turklāt sekvencētās genoma datu kopas kļūst arvien lielākas (dažās no tām ir sekvencēts vairāk nekā miljons genomu), kas laika gaitā palielinās mašīnmācīšanās modeļu precizitāti.

smadzeņu tīkls

Savā grāmatā Migels Nikolelis, viens no tā dēvētās “smadzeņu uzlaušanas” pionieriem, komunikāciju nosauca par cilvēces nākotni, kas ir nākamais posms mūsu sugas evolūcijā. Viņš veica pētījumu, kurā viņš savienoja vairāku žurku smadzenes, izmantojot sarežģītus implantētus elektrodus, kas pazīstami kā smadzeņu un smadzeņu saskarnes.

Nicolelis un viņa kolēģi aprakstīja sasniegumu kā pirmo "bioloģisko datoru" ar dzīvām smadzenēm, kas ir savienotas tā, it kā tie būtu vairāki mikroprocesori. Dzīvnieki šajā tīklā ir iemācījušies sinhronizēt savu nervu šūnu elektrisko aktivitāti tāpat kā jebkurā atsevišķā smadzenēs. Tīkla smadzenes ir pārbaudītas, lai noteiktu, vai tās spēj atšķirt divus dažādus elektrisko stimulu modeļus, un tie parasti pārspēj atsevišķus dzīvniekus. Ja žurku savstarpēji savienotās smadzenes ir "gudrākas" nekā jebkura atsevišķa dzīvnieka smadzenes, iedomājieties, kādas ir bioloģiskā superdatora iespējas, kas savstarpēji savienotas ar cilvēka smadzenēm. Šāds tīkls varētu ļaut cilvēkiem strādāt pāri valodas barjerām. Turklāt, ja žurku pētījuma rezultāti ir pareizi, cilvēka smadzeņu tīklošana varētu uzlabot veiktspēju, vai arī tā šķiet.

Nesen ir veikti eksperimenti, kas minēti arī MT lapās, kas ietvēra neliela cilvēku tīkla smadzeņu darbības apvienošanu. Trīs cilvēki, kas sēdēja dažādās telpās, strādāja kopā, lai pareizi orientētu bloku, lai tas varētu pārvarēt plaisu starp citiem blokiem Tetris līdzīgajā videospēlē. Divi cilvēki, kas darbojās kā "sūtītāji" ar elektroencefalogrāfiem (EEG) uz galvas, kas fiksēja viņu smadzeņu elektrisko aktivitāti, redzēja plaisu un zināja, vai bloks ir jāpagriež, lai tas ietilptu. Trešā persona, kas pildīja "uztvērēja" lomu, nezināja pareizo risinājumu un bija jāpaļaujas uz instrukcijām, kas tika nosūtītas tieši no sūtītāju smadzenēm. Pavisam piecas cilvēku grupas tika pārbaudītas ar šo tīklu, ko sauc par "BrainNet" (7), un vidēji viņi sasniedza vairāk nekā 80% precizitāti, veicot uzdevumu.

7. Foto no BrainNet eksperimenta

Lai padarītu lietas grūtākas, pētnieki dažkārt pievienoja troksni signālam, ko sūtījis viens no sūtītājiem. Saskaroties ar pretrunīgiem vai neskaidriem norādījumiem, adresāti ātri iemācījās atpazīt un izpildīt precīzākus sūtītāja norādījumus. Pētnieki atzīmē, ka šis ir pirmais ziņojums, ka daudzu cilvēku smadzenes ir savienotas pilnīgi neinvazīvā veidā. Viņi apgalvo, ka to cilvēku skaits, kuru smadzenes var savienot tīklā, ir praktiski neierobežots. Viņi arī norāda, ka informācijas pārraidi, izmantojot neinvazīvas metodes, var uzlabot ar vienlaicīgu smadzeņu darbības attēlveidošanu (fMRI), jo tas potenciāli palielina informācijas apjomu, ko raidorganizācija var nodot. Tomēr fMRI nav viegla procedūra, un tā sarežģīs jau tā ārkārtīgi sarežģīto uzdevumu. Pētnieki arī spekulē, ka signāls varētu būt mērķēts uz noteiktām smadzeņu zonām, lai izraisītu izpratni par konkrētu semantisko saturu saņēmēja smadzenēs.

Tajā pašā laikā strauji attīstās instrumenti invazīvākai un, iespējams, efektīvākai smadzeņu savienojamībai. Elons Musks nesen paziņoja par BCI implanta izstrādi, kas satur XNUMX elektrodus, lai nodrošinātu plašu saziņu starp datoriem un smadzeņu nervu šūnām. (DARPA) ir izstrādājis implantējamu neironu saskarni, kas spēj vienlaicīgi iedarbināt miljonu nervu šūnu. Lai gan šie BCI moduļi nebija īpaši izstrādāti savstarpējai darbībai smadzenes-smadzenesnav grūti iedomāties, ka tos var izmantot šādiem mērķiem.

Papildus iepriekšminētajam ir vēl viena izpratne par “biohakingu”, kas ir modē īpaši Silīcija ielejā un sastāv no dažāda veida labsajūtas procedūrām ar dažkārt apšaubāmiem zinātniskiem pamatiem. To vidū dažādas diētas un vingrojumu tehnikas, kā arī t.sk. jaunu asiņu pārliešana, kā arī zemādas mikroshēmu implantācija. Šajā gadījumā bagātie domā par kaut ko līdzīgu "nāves uzlaušanai" vai vecumam. Pagaidām nav pārliecinošu pierādījumu tam, ka viņu izmantotās metodes var būtiski pagarināt dzīvi, nemaz nerunājot par nemirstību, par kuru daži sapņo.