Hakowanie natury

Сама природа может научить нас взламывать природу, как, например, пчелы, которые Марк Мешер и Консуэло Де Мораес из ETH в Цюрихе отметили, что они умело обгрызают листья, чтобы «побудить» растения цвести.

Интересно, что попытки повторить эти обработки насекомых с помощью наших методов не увенчались успехом, и теперь ученые задаются вопросом, заключается ли секрет эффективного повреждения листьев насекомыми в уникальной схеме, которую они используют, или, возможно, во введении пчелами каких-то веществ. На других поля биохакинга тем не менее, мы делаем лучше.

Например, инженеры недавно обнаружили, как превратить шпинат в сенсорные системы окружающей средыкоторые могут предупредить вас о наличии взрывчатых веществ. В 2016 году инженер-химик Мин Хао Вонг и его команда из Массачусетского технологического института пересадили углеродные нанотрубки в листья шпината. Следы взрывчаткикоторые растение впитало через воздух или подземные воды, сделало нанотрубки излучать флуоресцентный сигнал. Чтобы уловить такой сигнал с завода, на лист навели небольшую инфракрасную камеру и прикрепили к чипу Raspberry Pi. Когда камера обнаружила сигнал, она вызвала оповещение по электронной почте. После разработки наносенсоров в шпинате Вонг начал разрабатывать другие области применения этой технологии, особенно в сельском хозяйстве, для предупреждения о засухе или вредителях.

явление биолюминесценции, например. у кальмаров, медуз и других морских существ. Французский дизайнер Сандра Рей представляет биолюминесценцию как естественный способ освещения, то есть создание «живых» фонарей, излучающих свет без электричества (2). Рей является основателем и генеральным директором компании Glowee, которая занимается производством биолюминесцентного освещения. Он предсказывает, что однажды они смогут заменить обычное электрическое уличное освещение.

2. Визуализация освещения Glowee

Для производства света технические специалисты Glowee привлекают ген биолюминесценции полученные от гавайских каракатиц в бактерии кишечной палочки, а затем они выращивают эти бактерии. Программируя ДНК, инженеры могут управлять цветом света, когда он выключается и включается, а также многими другими модификациями. Эти бактерии, очевидно, нуждаются в уходе и подкормке, чтобы оставаться живыми и сияющими, поэтому компания работает над тем, чтобы дольше поддерживать свет. На данный момент, говорит Рей в «Wired», у них есть одна система, которая работает шесть дней. Текущий ограниченный срок службы светильников означает, что на данный момент они в основном подходят для мероприятий или фестивалей.

Домашние животные с электронными рюкзаками

Вы можете наблюдать за насекомыми и пытаться подражать им. Вы также можете попробовать их “хакнуть” и использовать как… миниатюрные дроны. Шмели снабжены «рюкзаками» с датчиками, такими как те, которые используются фермерами для наблюдения за своими полями (3). Проблема микродронов в мощности. С насекомыми такой проблемы нет. Они летают без устали. Свой «багаж» инженеры загрузили датчиками, памятью для хранения данных, приемниками для отслеживания местоположения и батареями для питания электроники (то есть гораздо меньшей емкости) — все весом 102 миллиграмма. Когда насекомые занимаются своими повседневными делами, датчики измеряют температуру и влажность, а их положение отслеживается с помощью радиосигнала. После возвращения в улей происходит загрузка данных и беспроводная зарядка аккумулятора. Команда ученых называет свою технологию — Living IoT.

3. Живой IoT, представляющий собой шмеля с электронной системой на спине

Зоолог Института орнитологии Макса Планка. Мартин Викельски решили проверить распространенное мнение о том, что животные обладают врожденной способностью чувствовать надвигающиеся бедствия. Викельски руководит международным проектом по установке датчиков на животных — ICARUS. Автор дизайна и исследования получил известность, когда прикрепил GPS-маяки животным (4), как крупным, так и мелким, с целью изучения влияния явлений на их поведение. Ученые показали, среди прочего, что повышенное присутствие белых аистов может свидетельствовать о нашествиях саранчи, а местонахождение и температура тела уток кряквы могут свидетельствовать о распространении птичьего гриппа среди людей.

4. Мартин Викельски и аист-передатчик

Теперь Викельски использует коз, чтобы выяснить, есть ли что-то в древних теориях, что животные «знают» о надвигающихся землетрясениях и извержениях вулканов. Сразу после сильного землетрясения в Норсии в Италии в 2016 году Викельски снабдил домашний скот рядом с эпицентром ошейниками, чтобы посмотреть, вели ли они себя по-другому перед толчками. Каждый ошейник содержал оба Устройство GPS-слежения, как акселерометр.

Позже он объяснил, что при таком круглосуточном мониторинге можно определить «нормальное» поведение, а затем искать отклонения. Викельски и его команда отметили, что животные увеличили ускорение движения за несколько часов до того, как произошло землетрясение. Он наблюдал «периоды предупреждения» от 2 до 18 часов, в зависимости от удаления от эпицентра. Викельски подает заявку на патент на систему оповещения о стихийных бедствиях, основанную на коллективном поведении животных по отношению к исходному уровню.

Улучшить эффективность фотосинтеза

Земля живет, потому что она сажает по всему миру выделяют кислород как побочный продукт фотосинтезаа некоторые из них становятся дополнительными питательными продуктами. Однако фотосинтез несовершенен, несмотря на многие миллионы лет эволюции. Исследователи из Университета Иллинойса начали работу по устранению дефектов фотосинтеза, что, по их мнению, может повысить урожайность до 40 процентов.

Они сосредоточились на процесс, называемый фотодыханиемкоторая является не столько частью фотосинтеза, сколько его следствием. Как и многие биологические процессы, фотосинтез не всегда работает идеально. В процессе фотосинтеза растения поглощают воду и углекислый газ и превращают их в сахара (пищу) и кислород. Растениям не нужен кислород, поэтому его удаляют.

Исследователи выделили фермент под названием рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа (RuBisCO). Этот белковый комплекс связывает молекулу углекислого газа с рибулозо-1,5-бисфосфатом (RuBisCO). На протяжении веков атмосфера Земли стала более окисленной, а это означает, что RuBisCO приходится иметь дело с большим количеством молекул кислорода, смешанных с углекислым газом. В одном из четырех случаев RuBisCO по ошибке захватывает молекулу кислорода, и это влияет на производительность.

Из-за несовершенства этого процесса растения остаются с токсичными побочными продуктами, такими как гликолат и аммиак. Обработка этих соединений (посредством фотодыхания) требует энергии, которая добавляется к потерям, возникающим в результате неэффективности фотосинтеза. Авторы исследования отмечают, что из-за этого рис, пшеница и соя имеют недостатки, а RuBisCO становится еще менее точным при повышении температуры. Это означает, что по мере усиления глобального потепления может произойти сокращение запасов продовольствия.

Это решение является частью программы под названием (RIPE) и включает в себя введение новых генов, которые делают фотодыхание более быстрым и энергоэффективным. Команда разработала три альтернативных пути, используя новые генетические последовательности. Эти пути были оптимизированы для 1700 различных видов растений. В течение двух лет ученые тестировали эти последовательности, используя модифицированный табак. Это обычное растение в науке, потому что его геном исключительно хорошо изучен. Более эффективные пути фотодыхания позволяют растениям экономить значительное количество энергии, которая может быть использована для их роста. Следующим шагом является внедрение генов в продовольственные культуры, такие как соя, фасоль, рис и помидоры.

Искусственные клетки крови и вырезки генов

Hakowanie natury это приводит в конце концов к самому человеку. В прошлом году японские ученые сообщили, что они разработали искусственную кровь, которую можно использовать для любого пациента, независимо от группы крови, которая имеет несколько реальных применений в медицине травм. Недавно ученые совершили еще больший прорыв, создав синтетические эритроциты (5). Эти искусственные клетки крови они не только проявляют свойства своих природных аналогов, но и обладают расширенными возможностями. Команда из Университета Нью-Мексико, Национальной лаборатории Сандия и Южно-Китайского политехнического университета создала эритроциты, которые могут не только служить переносчиками кислорода в различные части тела, но и доставлять лекарства, чувствовать токсины и выполнять другие задачи. .

5. Синтетическая клетка крови

Процесс создания искусственных клеток крови он был инициирован естественными клетками, которые сначала были покрыты тонким слоем кремнезема, а затем слоями положительных и отрицательных полимеров. Затем кремнезем протравливают и, наконец, поверхность покрывают мембранами естественных эритроцитов. Это привело к созданию искусственных эритроцитов, имеющих размеры, форму, заряд и поверхностные белки, подобные настоящим.

Кроме того, исследователи продемонстрировали гибкость вновь образованных клеток крови, проталкивая их через крошечные щели в модельных капиллярах. Наконец, при тестировании на мышах не было обнаружено токсических побочных эффектов даже после 48 часов циркуляции. Тесты загружали эти клетки гемоглобином, противораковыми препаратами, датчиками токсичности или магнитными наночастицами, чтобы показать, что они могут нести различные типы зарядов. Искусственные клетки также могут выступать в качестве приманки для патогенов.

Hakowanie natury в конечном итоге это приводит к мысли о генетической коррекции, исправлении и конструировании людей, а также к открытию интерфейсов мозга для прямого взаимодействия между мозгами.

В настоящее время существует много беспокойства и беспокойства по поводу перспективы генетических модификаций человека. Аргументы в пользу также сильны, например, что методы генетических манипуляций могут помочь устранить болезнь. Они могут устранить многие формы боли и беспокойства. Они могут увеличить интеллект людей и долголетие. Некоторые люди заходят так далеко, что говорят, что могут изменить шкалу человеческого счастья и производительности на много порядков.

генная инженерияесли бы к его ожидаемым последствиям относились серьезно, его можно было бы рассматривать как историческое событие, равное кембрийскому взрыву, изменившему темп эволюции. Когда большинство людей думают об эволюции, они думают о биологической эволюции посредством естественного отбора, но, как оказалось, можно представить и другие ее формы.

Начиная с XNUMX-х годов люди начали модифицировать ДНК растений и животных (смотрите также: ), создание генетически модифицированные продуктыи т. д. В настоящее время с помощью ЭКО ежегодно рождается полмиллиона детей. Все чаще эти процессы также включают секвенирование эмбрионов для скрининга на наличие болезней и определение наиболее жизнеспособного эмбриона (форма генной инженерии, хотя и без реальных активных изменений в геноме).

С появлением CRISPR и подобных технологий (6) мы стали свидетелями бурного роста исследований по внесению реальных изменений в ДНК. В 2018 году Хэ Цзянькуй создал первых в Китае генетически модифицированных детей, за что был отправлен в тюрьму. В настоящее время этот вопрос является предметом ожесточенных этических споров. В 2017 году Национальная академия наук США и Национальная академия медицины одобрили концепцию редактирования генома человека, но только «после нахождения ответов на вопросы безопасности и производительности» и «только в случае серьезных заболеваний и под пристальным наблюдением».

Споры вызывают точки зрения «дизайнерских младенцев», то есть проектирования людей путем выбора черт, которыми должен обладать ребенок, который должен родиться. Это нежелательно, поскольку считается, что только богатые и привилегированные люди будут иметь доступ к таким методам. Даже если такое проектирование долгое время будет технически невозможно, оно даже будет генетические манипуляции относительно удаления генов по дефектам и заболеваниям четко не оцениваются. Опять же, как многие опасаются, это будет доступно лишь избранным.

Однако это не такой простой вырез и включение кнопок, как представляют себе те, кто знаком с CRISPR в основном по иллюстрациям в прессе. Многие человеческие характеристики и восприимчивость к болезням не контролируются одним или двумя генами. Заболевания многообразны, начиная от наличие одного гена, создавая условия для многих тысяч вариантов риска, повышения или понижения восприимчивости к факторам внешней среды. Однако, хотя многие болезни, такие как депрессия и диабет, полигенны, часто помогает даже простое вырезание отдельных генов. Например, Verve разрабатывает генную терапию, которая снижает распространенность сердечно-сосудистых заболеваний, одной из основных причин смерти во всем мире. относительно небольшие издания генома.

Для сложных задач, и одна из них полигенная основа болезней, использование искусственного интеллекта в последнее время стало рецептом. Он основан на компаниях, подобных той, что начала предлагать родителям оценку риска полигенных факторов. Кроме того, наборы секвенированных геномных данных становятся все больше и больше (в некоторых из них секвенировано более миллиона геномов), что со временем повысит точность моделей машинного обучения.

Мозговая сеть

В своей книге Мигель Николелис, один из пионеров того, что сейчас известно как «взлом мозга», назвал связь будущим человечества, следующим этапом эволюции нашего вида. Он провел исследования, в которых соединил мозг нескольких крыс с помощью сложных имплантированных электродов, известных как интерфейсы мозг-мозг.

Николелис и его коллеги описали это достижение как первый «органический компьютер» с живыми мозгами, связанными вместе, как если бы они были несколькими микропроцессорами. Животные в этой сети научились синхронизировать электрическую активность своих нервных клеток точно так же, как и в любом отдельном мозге. Сетевой мозг был проверен на такие вещи, как его способность различать два разных образца электрических раздражителей, и они обычно превосходили отдельных животных. Если взаимосвязанные мозги крыс «умнее», чем у любого отдельного животного, представьте возможности биологического суперкомпьютера, связанные между собой человеческим мозгом. Такая сеть могла бы позволить людям работать, преодолевая языковые барьеры. Кроме того, если результаты исследования на крысах верны, объединение человеческого мозга в сеть может улучшить производительность, по крайней мере, так кажется.

Недавно были проведены эксперименты, также упомянутые на страницах МТ, которые заключались в объединении мозговой активности небольшой сети людей. Три человека, сидящие в разных комнатах, работали вместе, чтобы правильно сориентировать блок, чтобы он мог преодолеть разрыв между другими блоками в видеоигре, похожей на тетрис. Два человека, которые действовали как «отправители», с электроэнцефалографами (ЭЭГ) на головах, которые записывали электрическую активность их мозга, видели щель и знали, нужно ли поворачивать блок, чтобы он подходил. Третий человек, выступавший в роли «получателя», не знал правильного решения и должен был полагаться на инструкции, посылаемые прямо из мозгов отправителей. В общей сложности пять групп людей были протестированы с помощью этой сети, называемой «BrainNet» (7), и в среднем они достигли точности более 80% при выполнении задания.

7. Фото из эксперимента BrainNet

Чтобы усложнить задачу, исследователи иногда добавляли шум к сигналу, отправляемому одним из отправителей. Столкнувшись с противоречивыми или двусмысленными указаниями, получатели быстро научились определять и следовать более точным инструкциям отправителя. Исследователи отмечают, что это первое сообщение о том, что мозг многих людей был подключен совершенно неинвазивным образом. Они утверждают, что число людей, чей мозг можно объединить в сеть, практически не ограничено. Они также предполагают, что передача информации с использованием неинвазивных методов может быть улучшена за счет одновременной визуализации активности мозга с помощью (фМРТ), поскольку это потенциально увеличивает объем информации, которую может передать вещатель. Однако фМРТ — непростая процедура, и она усложнит и без того чрезвычайно сложную задачу. Исследователи также предполагают, что сигнал может быть нацелен на определенные области мозга, чтобы вызвать осознание определенного семантического содержания в мозгу получателя.

В то же время быстро развиваются инструменты для более инвазивного и, возможно, более эффективного подключения к мозгу. Элон Маск недавно объявила о разработке имплантата BCI, содержащего XNUMX электродов, для обеспечения широкого взаимодействия между компьютерами и нервными клетками мозга. (DARPA) разработала имплантируемый нейронный интерфейс, способный одновременно задействовать миллион нервных клеток. Хотя эти модули BCI не разрабатывались специально для взаимодействия мозг-мозгнетрудно представить, что они могут быть использованы для таких целей.

Помимо вышеперечисленного, существует и другое понимание «биохакинга», модное особенно в Кремниевой долине и заключающееся в различных видах оздоровительных процедур с подчас сомнительными научными основаниями. Среди них различные диеты и техники упражнений, а также в т.ч. переливание молодой крови, а также имплантация подкожных чипов. В этом случае богатые думают о чем-то вроде «взлома смерти» или старости. Пока нет убедительных доказательств того, что используемые ими методы позволяют значительно продлить жизнь, не говоря уже о грезящем некоторыми бессмертии.