Hackování přírody

Sama příroda nás může naučit, jak se nabourat do přírody, jako včely, o kterých Mark Mescher a Consuelo De Moraes z ETH v Curychu poznamenali, že dovedně okusují listy, aby „povzbudili“ rostliny k rozkvětu.

Je zajímavé, že pokusy o replikaci těchto hmyzích ošetření našimi metodami byly neúspěšné a vědci si nyní kladou otázku, zda tajemství účinného poškození listů hmyzem spočívá v jedinečném vzoru, který používají, nebo možná v zavádění některých látek včelami. Na ostatních biohackingová pole nám se však daří lépe.

Inženýři například nedávno zjistili, jak na to proměňte špenát na environmentální senzorické systémykteré vás mohou upozornit na přítomnost výbušnin. V roce 2016 chemický inženýr Ming Hao Wong a jeho tým na MIT transplantovali uhlíkové nanotrubice do listů špenátu. Stopy výbušninkteré rostlina absorbovala vzduchem nebo podzemní vodou, vytvořila nanotrubice vydávat fluorescenční signál. Pro zachycení takového signálu z továrny byla na list namířena malá infračervená kamera a připojena k čipu Raspberry Pi. Když kamera detekovala signál, spustila e-mailové upozornění. Po vyvinutí nanosenzorů ve špenátu začal Wong vyvíjet další aplikace této technologie, zejména v zemědělství, aby varoval před suchem nebo škůdci.

například fenomén bioluminiscence. u chobotnic, medúz a dalších mořských živočichů. Francouzská designérka Sandra Rey představuje bioluminiscenci jako přirozený způsob osvětlení, tedy vytváření „živých“ luceren, které vyzařují světlo bez elektřiny (2). Ray je zakladatelem a generálním ředitelem společnosti Glowee, společnosti zabývající se bioluminiscenčním osvětlením. Předpovídá, že jednoho dne budou moci nahradit klasické elektrické pouliční osvětlení.

2. Vizualizace osvětlení Glowee

Na výrobě světla se podílejí technici Glowee bioluminiscenční gen získané z havajské sépie do bakterií E. coli a poté tyto bakterie pěstují. Naprogramováním DNA mohou inženýři ovládat barvu světla, když se vypíná a zapíná, stejně jako mnoho dalších úprav. O tyto bakterie je zjevně potřeba pečovat a krmit je, aby zůstaly živé a zářivé, takže společnost pracuje na tom, aby světlo svítilo déle. V tuto chvíli, říká Rei z Wired, mají jeden systém, který běží šest dní. Současná omezená životnost svítidel znamená, že jsou momentálně většinou vhodná pro akce nebo festivaly.

Domácí mazlíčci s elektronickými batohy

Můžete sledovat hmyz a pokusit se ho napodobit. Můžete je také zkusit „hacknout“ a použít jako… miniaturní drony. Čmeláci jsou vybaveni „batohy“ se senzory, jaké používají farmáři k monitorování svých polí (3). Problémem mikrodronů je síla. S hmyzem takový problém není. Neúnavně létají. Inženýři naložili do jejich „zavazadel“ senzory, paměť pro ukládání dat, přijímače pro sledování polohy a baterie pro napájení elektroniky (tedy mnohem menší kapacita) – to vše o hmotnosti 102 miligramů. Jak se hmyz věnuje své každodenní činnosti, senzory měří teplotu a vlhkost a jejich poloha je sledována pomocí rádiového signálu. Po návratu do úlu dochází ke stažení dat a bezdrátovému nabíjení baterie. Tým vědců svou technologii nazývá Living IoT.

3. Live IoT, což je čmelák s elektronickým systémem na zádech

Zoolog z Institutu Maxe Plancka pro ornitologii. Martin Wikelski se rozhodli otestovat lidovou víru, že zvířata mají vrozenou schopnost vycítit blížící se katastrofy. Wikelski vede mezinárodní projekt detekce zvířat, ICARUS. Autor návrhu a výzkumu získal proslulost, když se připojil GPS majáky zvířat (4), velkých i malých, za účelem studia vlivu jevů na jejich chování. Vědci mimo jiné prokázali, že zvýšený výskyt čápů bílých může svědčit pro napadení sarančaty a umístění a tělesná teplota kachen divokých může svědčit o šíření ptačí chřipky mezi lidmi.

4. Martin Wikelski a čáp vysílače

Nyní Wikelski používá kozy, aby zjistil, zda je ve starověkých teoriích něco, co zvířata „vědí“ o hrozících zemětřesení a sopečných erupcích. Bezprostředně po masivním zemětřesení v Norcii v Itálii v roce 2016 Wikelski chytil dobytek poblíž epicentra, aby zjistil, zda se před otřesy nechovala jinak. Každý obojek obsahoval obojí GPS sledovací zařízeníjako akcelerometr.

Později vysvětlil, že s takovým nepřetržitým sledováním lze určit „normální“ chování a pak hledat abnormality. Wikelski a jeho tým poznamenali, že zvířata zvýšila své zrychlení v hodinách před zemětřesením. Pozoroval „výstražné periody“ od 2 do 18 hodin v závislosti na vzdálenosti od epicentra. Wikelski žádá o patent na systém varování před katastrofami založený na kolektivním chování zvířat vzhledem k základní linii.

Zlepšete účinnost fotosyntézy

Země žije, protože roste po celém světě uvolňuje kyslík jako vedlejší produkt fotosyntézya některé z nich se stávají doplňkovými výživnými potravinami. Fotosyntéza je však i přes mnoho milionů let evoluce nedokonalá. Vědci z University of Illinois začali pracovat na nápravě defektů ve fotosyntéze, která by podle nich mohla zvýšit výnosy plodin až o 40 procent.

Soustředili se na proces zvaný fotorespiracekterá není ani tak součástí fotosyntézy, jako jejím důsledkem. Jako mnoho biologických procesů, fotosyntéza nefunguje vždy dokonale. Během fotosyntézy rostliny přijímají vodu a oxid uhličitý a přeměňují je na cukry (potravu) a kyslík. Rostliny nepotřebují kyslík, takže je odstraněn.

Vědci izolovali enzym zvaný ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza/oxygenáza (RuBisCO). Tento proteinový komplex váže molekulu oxidu uhličitého na ribulóza-1,5-bisfosfát (RuBisCO). V průběhu staletí se atmosféra Země více okysličila, což znamená, že RuBisCO se musí vypořádat s větším množstvím molekul kyslíku smíchaných s oxidem uhličitým. V jednom ze čtyř případů RuBisCO omylem zachytí molekulu kyslíku, což ovlivňuje výkon.

Kvůli nedokonalosti tohoto procesu zůstávají rostlinám toxické vedlejší produkty, jako je glykolát a čpavek. Zpracování těchto sloučenin (pomocí fotorespirace) vyžaduje energii, která se přidává ke ztrátám vyplývajícím z neúčinnosti fotosyntézy. Autoři studie poznamenávají, že rýže, pšenice a sójové boby jsou kvůli tomu nedostatečné a RuBisCO se s rostoucí teplotou stává ještě méně přesným. To znamená, že jak se globální oteplování zintenzivňuje, může docházet ke snižování zásob potravin.

Toto řešení je součástí programu zvaného (RIPE) a zahrnuje zavádění nových genů, díky nimž je fotorespirace rychlejší a energeticky účinnější. Tým vyvinul tři alternativní cesty využívající nové genetické sekvence. Tyto cesty byly optimalizovány pro 1700 různých druhů rostlin. Po dva roky vědci testovali tyto sekvence pomocí upraveného tabáku. Je to běžná rostlina ve vědě, protože její genom je výjimečně dobře pochopen. Více účinné cesty pro fotorespiraci umožňují rostlinám ušetřit značné množství energie, kterou lze využít pro svůj růst. Dalším krokem je zavedení genů do potravinářských plodin, jako jsou sójové boby, fazole, rýže a rajčata.

Umělé krvinky a výstřižky genů

Hackování přírody to vede nakonec k člověku samotnému. V loňském roce japonští vědci oznámili, že vyvinuli umělou krev, kterou lze použít u každého pacienta bez ohledu na krevní skupinu a která má několik praktických aplikací v traumatické medicíně. Nedávno vědci učinili ještě větší průlom vytvořením syntetických červených krvinek (5). Tyto umělé krvinky nejenže vykazují vlastnosti svých přirozených protějšků, ale mají také pokročilé schopnosti. Tým z University of New Mexico, Sandia National Laboratory a South China Polytechnic University vytvořil červené krvinky, které mohou nejen přenášet kyslík do různých částí těla, ale také dodávat léky, snímat toxiny a vykonávat další úkoly. .

5. Syntetická krvinka

Proces tvorby umělých krvinek byl iniciován přírodními buňkami, které byly nejprve potaženy tenkou vrstvou oxidu křemičitého a poté vrstvami pozitivních a negativních polymerů. Oxid křemičitý je poté leptán a nakonec je povrch pokryt přírodními membránami erytrocytů. To vedlo k vytvoření umělých erytrocytů, které mají velikost, tvar, náboj a povrchové proteiny podobné těm skutečným.

Kromě toho vědci prokázali flexibilitu nově vytvořených krevních buněk tím, že je protlačili malými mezerami v modelových kapilárách. Konečně, při testování na myších nebyly zjištěny žádné toxické vedlejší účinky ani po 48 hodinách oběhu. Testy naplnily tyto buňky hemoglobinem, protirakovinnými léky, senzory toxicity nebo magnetickými nanočásticemi, aby ukázaly, že mohou nést různé typy nábojů. Umělé buňky mohou také fungovat jako návnada pro patogeny.

Hackování přírody to nakonec vede k myšlence genetické korekce, fixace a inženýrství lidí a otevření mozkových rozhraní pro přímou komunikaci mezi mozky.

V současné době panuje mnoho obav a obav z vyhlídky na lidskou genetickou modifikaci. Argumenty ve prospěch jsou také silné, například že techniky genetické manipulace mohou pomoci odstranit nemoc. Mohou odstranit mnoho forem bolesti a úzkosti. Mohou zvýšit inteligenci a dlouhověkost lidí. Někteří lidé jdou tak daleko, že říkají, že mohou změnit měřítko lidského štěstí a produktivity o mnoho řádů.

Genetické inženýrstvípokud by se jeho očekávané důsledky braly vážně, dalo by se na něj pohlížet jako na historickou událost, rovnající se kambrické explozi, která změnila tempo evoluce. Když většina lidí myslí na evoluci, myslí na biologickou evoluci prostřednictvím přirozeného výběru, ale jak se ukazuje, lze si představit její jiné formy.

Počínaje XNUMX, lidé začali upravovat DNA rostlin a zvířat (viz také: ), stvoření geneticky modifikované potravinyatd. V současnosti se s pomocí IVF narodí ročně půl milionu dětí. Tyto procesy stále častěji zahrnují také sekvenování embryí pro screening nemocí a určení nejživotaschopnějšího embrya (forma genetického inženýrství, i když bez skutečných aktivních změn genomu).

S příchodem CRISPR a podobných technologií (6) jsme zaznamenali rozmach výzkumu provádění skutečných změn DNA. V roce 2018 vytvořil He Jiankui první geneticky modifikované děti v Číně, za což byl poslán do vězení. V současné době je tato problematika předmětem zuřivých etických debat. V roce 2017 schválila americká Národní akademie věd a Národní lékařská akademie koncept úpravy lidského genomu, ale pouze „po nalezení odpovědí na otázky bezpečnosti a výkonu“ a „pouze v případě závažných onemocnění a pod přísným dohledem. "

Úhel pohledu „designerských miminek“, tedy navrhování lidí výběrem vlastností, které by se dítě mělo narodit, vyvolává kontroverze. To je nežádoucí, protože se věří, že k takovým metodám budou mít přístup pouze bohatí a privilegovaní. I když je takový návrh dlouhodobě technicky nemožný, dokonce bude genetické manipulace týkající se delece genů pro defekty a nemoci nejsou jednoznačně hodnoceny. Opět, jak se mnozí obávají, bude to dostupné jen pro pár vyvolených.

Nejedná se však o tak jednoduchý výřez a zařazení tlačítek, jak si představují ti, kteří CRISPR znají především z ilustrací v tisku. Mnoho lidských vlastností a náchylnosti k nemocem není kontrolováno jedním nebo dvěma geny. Nemoci se pohybují od mající jeden gen, vytváří podmínky pro mnoho tisíc rizikových variant, zvyšuje nebo snižuje náchylnost k faktorům prostředí. Zatímco však mnoho nemocí, jako je deprese a cukrovka, je polygenních, často pomůže i pouhé vyříznutí jednotlivých genů. Například Verve vyvíjí genovou terapii, která snižuje prevalenci kardiovaskulárních onemocnění, jedné z hlavních příčin úmrtí na celém světě. relativně malé edice genomu.

Pro složité úkoly a jeden z nich polygenní základ onemocnění, použití umělé inteligence se v poslední době stalo receptem. Vychází ze společností, jako je ta, která začala rodičům nabízet hodnocení polygenních rizik. Kromě toho jsou sekvenované genomové datové sady stále větší a větší (některé s více než milionem sekvenovaných genomů), což časem zvýší přesnost modelů strojového učení.

mozková síť

Miguel Nicolelis, jeden z průkopníků toho, co je dnes známé jako „hackování mozku“, ve své knize nazval komunikaci budoucností lidstva, další fází evoluce našeho druhu. Provedl výzkum, ve kterém propojil mozky několika krys pomocí sofistikovaných implantovaných elektrod známých jako rozhraní mozek-mozek.

Nicolelis a jeho kolegové popsali úspěch jako první „organický počítač“ s živými mozky propojenými dohromady, jako by to byly více mikroprocesorů. Zvířata v této síti se naučila synchronizovat elektrickou aktivitu svých nervových buněk stejným způsobem jako v každém jednotlivém mozku. Síťově propojený mozek byl testován na věci, jako je jeho schopnost rozlišovat mezi dvěma různými vzory elektrických podnětů, a obvykle překonávají jednotlivá zvířata. Pokud jsou propojené mozky krys „chytřejší“ než mozky kteréhokoli jednotlivého zvířete, představte si schopnosti biologického superpočítače propojeného lidským mozkem. Taková síť by mohla lidem umožnit pracovat i přes jazykové bariéry. Také, pokud jsou výsledky studie na potkanech správné, propojení lidského mozku by mohlo zlepšit výkon, nebo se to alespoň zdá.

Nedávno proběhly experimenty, zmiňované také na stránkách MT, které zahrnovaly sdružování mozkové aktivity malé sítě lidí. Tři lidé sedící v různých místnostech spolupracovali na správné orientaci bloku, aby mohl překlenout mezeru mezi ostatními bloky ve videohře podobné Tetrisu. Dva lidé, kteří fungovali jako „odesílatelé“, s elektroencefalografy (EEG) na hlavě, které zaznamenávaly elektrickou aktivitu jejich mozku, viděli mezeru a věděli, zda je třeba blok otočit, aby se vešel. Třetí osoba, fungující jako „přijímač“, neznala správné řešení a musela se spoléhat na pokyny zaslané přímo z mozků odesílatelů. S touto sítí nazvanou „BrainNet“ (7) bylo testováno celkem pět skupin lidí a v průměru dosáhli přes 80% přesnosti úkolu.

7. Fotografie z experimentu BrainNet

Aby to bylo složitější, vědci někdy přidali šum k signálu vyslanému jedním z odesílatelů. Tváří v tvář protichůdným nebo nejednoznačným pokynům se příjemci rychle naučili identifikovat a řídit se přesnějšími pokyny odesílatele. Vědci poznamenávají, že toto je první zpráva, že mozky mnoha lidí byly zapojeny zcela neinvazivním způsobem. Tvrdí, že počet lidí, jejichž mozky lze propojit, je prakticky neomezený. Naznačují také, že přenos informací pomocí neinvazivních metod lze zlepšit simultánním zobrazováním mozkové aktivity (fMRI), protože to potenciálně zvyšuje množství informací, které může vysílací společnost předávat. FMRI však není snadný postup a zkomplikuje již tak extrémně obtížný úkol. Vědci také spekulují, že signál by mohl být zacílen do konkrétních oblastí mozku, aby vyvolal povědomí o konkrétním sémantickém obsahu v mozku příjemce.

Zároveň se rychle vyvíjejí nástroje pro invazivnější a možná i efektivnější propojení mozku. Elon Musk nedávno oznámila vývoj implantátu BCI obsahujícího elektrody XNUMX umožňující širokou komunikaci mezi počítači a nervovými buňkami v mozku. (DARPA) vyvinula implantabilní nervové rozhraní schopné současně vypálit milion nervových buněk. Ačkoli tyto moduly BCI nebyly speciálně navrženy pro spolupráci mozek-mozeknení těžké si představit, že mohou být použity pro takové účely.

Kromě výše uvedeného existuje ještě jedno chápání „biohackingu“, které je módní zejména v Silicon Valley a spočívá v různých typech wellness procedur s někdy pochybnými vědeckými základy. Jsou mezi nimi různé diety a cvičební techniky, stejně jako vč. transfuze mladé krve, stejně jako implantace podkožních čipů. Bohatí si v tomto případě vybaví něco jako „hackovací smrt“ nebo stáří. Zatím neexistují žádné přesvědčivé důkazy o tom, že metody, které používají, mohou výrazně prodloužit život, nemluvě o nesmrtelnosti, o které někteří sní.