Злом природи

Сама природа може навчити нас зламувати природу, як, наприклад, бджоли, які Марк Мешер та Консуело Де Мораєс з ETH у Цюріху відзначили, що вони вміло обгризають листя, щоб «спонукати» рослини цвісти.

Цікаво, що спроби повторити ці обробки комах за допомогою наших методів не увінчалися успіхом, і тепер вчені задаються питанням, чи секрет ефективного пошкодження листя комахами в унікальній схемі, яку вони використовують, або, можливо, у введенні бджолами якихось речовин. На інших поля біохакінгу Тим не менш, ми робимо краще.

Наприклад, інженери нещодавно виявили, як перетворити шпинат на сенсорні системи навколишнього середовищаякі можуть попередити вас про наявність вибухових речовин. У 2016 році інженер-хімік Мін Хао Вонг та його команда з Массачусетського технологічного інституту пересадили вуглецеві нанотрубки у листя шпинату. Сліди вибухівкиякі рослина ввібрала через повітря або підземні води, зробила нанотрубки випромінювати флуоресцентний сигнал. Щоб вловити такий сигнал із заводу, на аркуш навели невелику інфрачервону камеру та прикріпили до чіпа Raspberry Pi. Коли камера виявила сигнал, вона викликала сповіщення електронною поштою. Після розробки наносенсорів у шпинаті Вонг почав розробляти інші галузі застосування цієї технології, особливо у сільському господарстві, для попередження про посуху чи шкідників.

явище біолюмінесценції, наприклад. у кальмарів, медуз та інших морських істот. Французький дизайнер Сандра Рей є біолюмінесценцією як природний спосіб освітлення, тобто створення «живих» ліхтарів, що випромінюють світло без електрики (2). Рей є засновником та генеральним директором компанії Glowee, яка займається виробництвом біолюмінесцентного освітлення. Він передбачає, що якось вони зможуть замінити звичайне електричне вуличне освітлення.

2. Візуалізація освітлення Glowee

Для виробництва світла технічні спеціалісти Glowee залучають ген біолюмінесценції отримані від гавайських каракатиць у бактерії кишкової палички, а потім вони вирощують ці бактерії. Програмуючи ДНК, інженери можуть керувати кольором світла, коли він вимикається і вмикається, а також багатьма іншими модифікаціями. Ці бактерії, очевидно, потребують догляду та підживлення, щоб залишатися живими та сяючими, тому компанія працює над тим, щоб довше підтримувати світло. На даний момент, каже Рей у Wired, у них є одна система, яка працює шість днів. Поточний обмежений термін служби світильників означає, що на даний момент вони переважно підходять для заходів або фестивалів.

Домашні тварини з електронними рюкзаками

Ви можете спостерігати за комахами і намагатися наслідувати їх. Ви також можете спробувати їх “хакнути” та використовувати як… мініатюрні дрони. Джмелі мають «рюкзаки» з датчиками, такими як ті, які використовуються фермерами для спостереження за своїми полями (3). Проблема мікродронів у потужності. Із комахами такої проблеми немає. Вони літають невтомно. Свій «багаж» інженери завантажили датчиками, пам'яттю для зберігання даних, приймачами для відстеження місця розташування та батареями для живлення електроніки (тобто набагато меншої ємності) — все вагою 102 міліграми. Коли комахи займаються своїми повсякденними справами, датчики вимірюють температуру і вологість, які положення відстежується з допомогою радіосигналу. Після повернення в вулик відбувається завантаження даних та бездротове заряджання акумулятора. Команда вчених називає свою технологію Living IoT.

3. Живий IoT, що є джмелем з електронною системою на спині

Зоолог Інституту орнітології Макса Планка. Мартін Вікельскі вирішили перевірити поширену думку про те, що тварини мають вроджену здатність відчувати лиха, що насуваються. Вікельськи керує міжнародним проектом із встановлення датчиків на тваринах — ICARUS. Автор дизайну та дослідження отримав популярність, коли прикріпив GPS-маяки тваринам (4), як великим, і дрібним, з вивчення впливу явищ з їхньої поведінка. Вчені показали, серед іншого, що підвищена присутність білих лелек може свідчити про навали сарани, а місцезнаходження та температура тіла качок крякви можуть свідчити про поширення пташиного грипу серед людей.

4. Мартін Вікельскі та лелека-передавач

Тепер Вікельскі використовує кіз, щоб з'ясувати, чи є щось у давніх теоріях, що тварини «знають» про землетруси, що насуваються, і виверження вулканів. Відразу після сильного землетрусу в Норсії в Італії в 2016 році Вікельскі забезпечив худобу поруч з епіцентром нашийниками, щоб подивитися, чи поводилися вони по-іншому перед поштовхами. Кожен нашийник містив обидва Пристрій GPS-стеженняяк акселерометр.

Пізніше він пояснив, що за такого цілодобового моніторингу можна визначити «нормальну» поведінку, а потім шукати відхилення. Вікельскі та його команда зазначили, що тварини збільшили прискорення руху за кілька годин до того, як стався землетрус. Він спостерігав «періоди попередження» від 2 до 18 години, залежно від віддалення від епіцентру. Вікельськи подає заявку на патент на систему оповіщення про стихійні лиха, засновану на колективній поведінці тварин по відношенню до вихідного рівня.

Поліпшити ефективність фотосинтезу

Земля живе, бо вона садить у всьому світі виділяють кисень як побічний продукт фотосинтезудеякі з них стають додатковими поживними продуктами. Однак фотосинтез недосконалий, незважаючи на багато мільйонів років еволюції. Дослідники з Університету Іллінойсу розпочали роботу з усунення дефектів фотосинтезу, що, на їхню думку, може підвищити врожайність до 40 відсотків.

Вони зосередилися на процес, званий фотодиханнямяка є не так частиною фотосинтезу, як його наслідком. Як і багато біологічних процесів, фотосинтез не завжди працює ідеально. У процесі фотосинтезу рослини поглинають воду і вуглекислий газ і перетворюють їх на цукор (їжу) і кисень. Рослинам не потрібен кисень, тому його видаляють.

Дослідники виділили фермент під назвою рибулозо-1,5-бісфосфаткарбоксилаза/оксигеназу (RuBisCO). Цей білковий комплекс пов'язує молекулу вуглекислого газу з рибулозо-1,5-бісфосфатом (RuBisCO). Протягом століть атмосфера Землі стала більш окисненою, а це означає, що RuBisCO доводиться мати справу з великою кількістю молекул кисню, змішаних із вуглекислим газом. В одному з чотирьох випадків RuBisCO помилково захоплює молекулу кисню, і це впливає на продуктивність.

Через недосконалість цього процесу рослини залишаються з токсичними побічними продуктами, такими як гліколат та аміак. Обробка цих сполук (за допомогою фотодихання) потребує енергії, яка додається до втрат, що виникають внаслідок неефективності фотосинтезу. Автори дослідження зазначають, що через це рис, пшениця та соя мають недоліки, а RuBisCO стає ще менш точним у разі підвищення температури. Це означає, що з посиленням глобального потепління може статися скорочення запасів продовольства.

Це рішення є частиною програми під назвою (RIPE) і включає введення нових генів, які роблять фотодихання більш швидким та енергоефективним. Команда розробила три альтернативні шляхи, використовуючи нові генетичні послідовності. Ці шляхи були оптимізовані для 1700 різних видів рослин. Протягом двох років вчені тестували ці послідовності, використовуючи модифікований тютюн. Це звичайна рослина в науці, тому що її геном винятково добре вивчений. Більше ефективні шляхи фотодихання дозволяють рослинам економити значну кількість енергії, яка може бути використана для їхнього зростання. Наступним кроком є ​​впровадження генів у продовольчі культури, такі як соя, квасоля, рис та помідори.

Штучні клітини крові та вирізки генів

Злом природи це призводить врешті-решт до самої людини. Минулого року японські вчені повідомили, що вони розробили штучну кров, яку можна використовувати для будь-якого пацієнта, незалежно від групи крові, яка має кілька реальних застосувань у медицині травм. Нещодавно вчені зробили ще більший прорив, створивши синтетичні еритроцити (5). Ці штучні клітини крові вони не тільки виявляють властивості своїх природних аналогів, але й мають розширені можливості. Команда з Університету Нью-Мексико, Національної лабораторії Сандія та Південно-Китайського політехнічного університету створила еритроцити, які можуть не лише служити переносниками кисню у різні частини тіла, а й доставляти ліки, відчувати токсини та виконувати інші завдання. .

5. Синтетична клітина крові

Процес створення штучних клітин крові він був ініційований природними клітинами, які спочатку були покриті тонким шаром кремнезему, а потім шарами позитивних та негативних полімерів. Потім кремнезем протруюють і, нарешті, поверхню покривають мембранами природних еритроцитів. Це призвело до створення штучних еритроцитів, що мають розміри, форму, заряд та поверхневі білки, подібні до справжніх.

Крім того, дослідники продемонстрували гнучкість новостворених клітин крові, проштовхуючи їх через крихітні щілини в модельних капілярах. Нарешті, при тестуванні на мишах був виявлено токсичних побічних ефектів навіть після 48 годин циркуляції. Тести завантажували ці клітини гемоглобіном, протираковими препаратами, датчиками токсичності або магнітними наночастинками, щоб показати, що вони можуть мати різні типи зарядів. Штучні клітини також можуть виступати як принада для патогенів.

Злом природи зрештою це призводить до думки про генетичну корекцію, виправлення та конструювання людей, а також до відкриття інтерфейсів мозку для прямої взаємодії між мозками.

В даний час існує багато занепокоєння з приводу перспективи генетичних модифікацій людини. Аргументи на користь також сильні, наприклад, що методи генетичних маніпуляцій можуть допомогти усунути хворобу. Вони можуть усунути багато форм болю та занепокоєння. Вони можуть збільшити інтелект людей та довголіття. Деякі люди заходять так далеко, що кажуть, що можуть змінити шкалу людського щастя та продуктивності на багато порядків.

генна інженеріяякби до його очікуваних наслідків ставилися серйозно, його можна було б розглядати як історичну подію, яка дорівнює кембрійському вибуху, що змінив темп еволюції. Коли більшість людей думають про еволюцію, вони думають про біологічну еволюцію через природний відбір, але, як виявилося, можна уявити й інші її форми.

Починаючи з XNUMX-х років люди почали модифікувати ДНК рослин та тварин (Дивіться також: ), створіння генетично модифіковані продуктиі т. д. В даний час за допомогою ЕКО щорічно народжується півмільйона дітей. Все частіше ці процеси також включають секвенування ембріонів для скринінгу на наявність хвороб та визначення найбільш життєздатного ембріона (форма генної інженерії, хоч і без реальних активних змін у геномі).

З появою CRISPR та подібних технологій (6) ми стали свідками бурхливого зростання досліджень щодо внесення реальних змін до ДНК. 2018 року Хе Цзянькуй створив перших у Китаї генетично модифікованих дітей, за що був відправлений до в'язниці. Нині це питання є запеклих етичних суперечок. У 2017 році Національна академія наук США та Національна академія медицини схвалили концепцію редагування геному людини, але лише «після знаходження відповідей на питання безпеки та продуктивності» та «тільки у разі серйозних захворювань та під пильним наглядом».

Суперечки викликають точки зору «дизайнерських немовлят», тобто проектування людей шляхом вибору рис, якими має мати дитина, яка має народитися. Це небажано, оскільки вважається, що лише багаті та привілейовані люди матимуть доступ до таких методів. Навіть якщо таке проектування довгий час буде технічно неможливим, воно навіть буде генетичні маніпуляції щодо видалення генів за дефектами та захворюваннями чітко не оцінюються. Знову ж таки, як багато хто побоюється, це буде доступно лише обраним.

Однак це не такий простий виріз і включення кнопок, як уявляють ті, хто знайомий з CRISPR в основному з ілюстрацій у пресі. Багато людські характеристики та сприйнятливість до хвороб не контролюються одним чи двома генами. Захворювання різноманітні, починаючи від наявність одного генастворюючи умови для багатьох тисяч варіантів ризику, підвищення або зниження сприйнятливості факторів зовнішнього середовища. Проте, хоча багато хвороб, такі як депресія і діабет, полігенні, часто допомагає навіть просте вирізування окремих генів. Наприклад, Verve розробляє генну терапію, яка знижує поширеність серцево-судинних захворювань, однією з основних причин смерті у всьому світі. відносно невеликі видання геному.

Для складних завдань, і одне з них полігенна основа хвороб, Використання штучного інтелекту останнім часом стало рецептом Він заснований на компаніях, подібних до тієї, що почала пропонувати батькам оцінку ризику полігенних факторів. Крім того, набори секвенованих геномних даних стають дедалі більшими (у деяких з них секвеновано понад мільйон геномів), що з часом підвищить точність моделей машинного навчання.

Мозкова мережа

У своїй книзі Мігель Ніколеліс, один із піонерів того, що зараз відомо як «злом мозку», назвав зв'язок майбутнім людства, наступним етапом еволюції нашого виду. Він провів дослідження, в яких поєднав мозок кількох щурів за допомогою складних імплантованих електродів, відомих як інтерфейс мозок-мозок.

Ніколеліс та його колеги описали це досягнення як перший «органічний комп'ютер» із живими мізками, пов'язаними разом, якби вони були декількома мікропроцесорами. Тварини в цій мережі навчилися синхронізувати електричну активність своїх нервових клітин так само, як і в будь-якому окремому мозку. Мережевий мозок був перевірений на такі речі, як його здатність розрізняти два різні зразки електричних подразників, і вони зазвичай перевершували окремих тварин. Якщо взаємопов'язані мізки щурів «розумніші», ніж у будь-якої окремої тварини, уявіть можливості біологічного суперкомп'ютера, пов'язані між собою людським мозком. Така мережа могла б дозволити людям працювати, долаючи мовні бар'єри. Крім того, якщо результати дослідження на щурах вірні, об'єднання людського мозку в мережу може покращити продуктивність, принаймні так здається.

Нещодавно були проведені експерименти, також згадані на сторінках МТ, які полягали у поєднанні мозкової активності невеликої мережі людей. Три людини, що сидять у різних кімнатах, працювали разом, щоб правильно зорієнтувати блок, щоб він міг подолати розрив між іншими блоками у відеогрі, схожій на тетріс. Двоє людей, які діяли як «відправники», з електроенцефалографами (ЕЕГ) на головах, які записували електричну активність їхнього мозку, бачили щілину та знали, чи потрібно повертати блок, щоб він підходив. Третя людина, яка виступала в ролі «одержувача», не знала правильного рішення і повинна була покладатися на інструкції, що надсилаються прямо з мозку відправників. Загалом п'ять груп людей були протестовані за допомогою цієї мережі, званої BrainNet (7), і в середньому вони досягли точності більше 80% при виконанні завдання.

7. Фото з експерименту BrainNet

Щоб ускладнити завдання, дослідники іноді додавали шум до сигналу, що надсилається одним із відправників. Зіткнувшись із суперечливими або двозначними вказівками, одержувачі швидко навчилися визначати та дотримуватися більш точних інструкцій відправника. Дослідники відзначають, що це перше повідомлення про те, що мозок багатьох людей був підключений абсолютно неінвазивним чином. Вони стверджують, що кількість людей, чий мозок можна об'єднати у мережу, практично не обмежена. Вони також припускають, що передача інформації з використанням неінвазивних методів може бути покращена за рахунок одночасної візуалізації активності мозку за допомогою (МРТ), оскільки це потенційно збільшує обсяг інформації, яку може передати мовник. Проте ФМРТ — непроста процедура, і вона ускладнить і так надзвичайно складне завдання. Дослідники також припускають, що сигнал може бути орієнтований на певні області мозку, щоб викликати усвідомлення певного семантичного вмісту в мозку одержувача.

У той же час швидко розвиваються інструменти для інвазивнішого і, можливо, більш ефективного підключення до мозку. Ілон Маск Нещодавно оголосила про створення імплантату BCI, що містить XNUMX електродів, для забезпечення широкої взаємодії між комп'ютерами та нервовими клітинами мозку. (DARPA) розробила імплантований нейронний інтерфейс, здатний одночасно задіяти мільйон нервових клітин. Хоча ці модулі BCI не розроблялися спеціально для взаємодії мозок-мозокНеважко уявити, що вони можуть бути використані для таких цілей.

Крім вищепереліченого, існує й інше розуміння «біохакінгу», модне особливо в Кремнієвій долині, що полягає в різних видах оздоровчих процедур з часом сумнівними науковими підставами. Серед них різні дієти та техніки вправ, а також у т.ч. переливання молодої крові, і навіть імплантація підшкірних чіпів. У цьому випадку багаті думають про щось на зразок «злому смерті» чи старості. Поки що немає переконливих доказів того, що використовувані ними методи дозволяють значно продовжити життя, не кажучи вже про деякі безсмертя.