Looduse häkkimine

Loodus ise võib õpetada meile, kuidas häkkida loodusesse, nagu mesilased, keda Mark Mescher ja Consuelo De Moraes ETH-st Zürichis märkisid, et nad närivad oskuslikult lehti, et "julgustada" taimi õitsema.

Huvitaval kombel on katsed neid putukatõrjeid meie meetoditega korrata ebaõnnestunud ja teadlased mõtlevad nüüd, kas putukate tõhusa lehtede kahjustamise saladus peitub nende kasutatavas ainulaadses mustris või võib-olla mesilaste poolt mõne aine sissetoomises. Teiste peal biohäkkimise väljad meil läheb siiski paremini.

Näiteks avastasid insenerid hiljuti, kuidas muuta spinat keskkonna sensoorseteks süsteemideksmis võib hoiatada teid lõhkeainete olemasolust. 2016. aastal siirdasid keemiainsener Ming Hao Wong ja tema MIT-i meeskond süsiniknanotorud spinatilehtedesse. Lõhkeaine jäljedmida taim läbi õhu või põhjavee neelas, valmistas nanotorusid kiirgavad fluorestsentssignaali. Sellise tehase signaali tabamiseks suunati lehe poole väike infrapunakaamera, mis kinnitati Raspberry Pi kiibi külge. Kui kaamera tuvastas signaali, käivitas see meilihoiatuse. Pärast spinatis nanosensorite väljatöötamist hakkas Wong välja töötama selle tehnoloogia jaoks muid rakendusi, eriti põllumajanduses, et hoiatada põua või kahjurite eest.

näiteks bioluminestsentsi nähtus. kalmaarides, meduusides ja teistes mereloomades. Prantsuse disainer Sandra Rey esitleb bioluminestsentsi kui loomulikku valgustusviisi ehk "elusate" laternate loomist, mis kiirgavad valgust ilma elektrita (2). Ray on bioluminestsentsvalgustite ettevõtte Glowee asutaja ja tegevjuht. Ta ennustab, et ühel päeval suudavad nad ka tavapärase elektrilise tänavavalgustuse välja vahetada.

2. Glowee valgustuse visualiseerimine

Valguse tootmiseks kaasavad Glowee tehnikud bioluminestsentsi geen saadud Hawaii seepiatest E. coli bakteriteks ja seejärel kasvatavad nad neid baktereid. Programmeerides DNA-d, saavad insenerid juhtida valguse värvust selle välja- ja sisselülitamisel, aga ka paljusid muid muudatusi. Ilmselgelt tuleb nende bakterite eest hoolitseda ja toita, et püsida elus ja särama, nii et ettevõte töötab selle nimel, et valgust kauem põleks. Praegu ütleb Rei Wiredist, et neil on üks süsteem, mis on töötanud kuus päeva. Armatuuride praegune piiratud eluiga tähendab, et need sobivad hetkel enamasti üritusteks või festivalideks.

Lemmikloomad elektrooniliste seljakottidega

Saate jälgida putukaid ja proovida neid jäljendada. Samuti võite proovida neid "häkkida" ja kasutada neid… miniatuursed droonid. Kimalased on varustatud anduritega "seljakottidega", nagu need, mida põllumehed kasutavad oma põldude jälgimiseks (3). Mikrodroonide probleem on võimsus. Putukatega sellist probleemi pole. Nad lendavad väsimatult. Insenerid laadisid oma "pagasisse" andureid, mälu andmete salvestamiseks, vastuvõtjaid asukoha jälgimiseks ja patareisid elektroonika toiteks (st palju väiksema mahuga) – kõik kaalusid 102 milligrammi. Kui putukad teevad oma igapäevast tegevust, mõõdavad andurid temperatuuri ja niiskust ning nende asukohta jälgitakse raadiosignaali abil. Pärast tarusse naasmist laaditakse andmed alla ja akut laaditakse juhtmevabalt. Teadlaste meeskond nimetab oma tehnoloogiat elavaks asjade internetiks.

3. Live IoT, mis on kimalane, kelle seljal on elektrooniline süsteem

Max Plancki ornitoloogiainstituudi zooloog. Martin Wickelski otsustas katsetada levinud arvamust, et loomadel on kaasasündinud võime tajuda lähenevaid katastroofe. Wikelski juhib rahvusvahelist loomade tuvastamise projekti ICARUS. Kavandi ja uurimistöö autor kogus manustamisel tuntust GPS-majakad loomad (4), nii suured kui väikesed, et uurida nähtuste mõju nende käitumisele. Teadlased on muuhulgas näidanud, et valge-toonekure suurenenud esinemine võib viidata jaaniussi nakatumisele ning sinikaelpartide asukoht ja kehatemperatuur võivad viidata linnugripi levikule inimeste seas.

4. Martin Wikelski ja saatja-toonekurg

Nüüd kasutab Wikelski kitsi, et välja selgitada, kas iidsetes teooriates on midagi, mida loomad eelseisvatest maavärinatest ja vulkaanipurskest "teavad". Vahetult pärast 2016. aasta tohutut Norcia maavärinat Itaalias pani Wikelski kariloomadele epitsentri lähedale kaelarihmad, et näha, kas nad käitusid enne vapustusi teisiti. Iga krae sisaldas mõlemat GPS-jälgimisseadenagu kiirendusmõõtur.

Hiljem selgitas ta, et sellise ööpäevaringse jälgimisega saab kindlaks teha "normaalse" käitumise ja seejärel otsida kõrvalekaldeid. Wikelski ja tema meeskond märkisid, et loomad suurendasid maavärinale eelnenud tundide jooksul oma kiirendust. Ta jälgis "hoiatusperioode" 2 kuni 18 tundi, olenevalt kaugusest epitsentrist. Wikelski taotleb patendi katastroofihoiatussüsteemile, mis põhineb loomade kollektiivsel käitumisel võrreldes lähtetasemega.

Parandage fotosünteesi efektiivsust

Maa elab, sest see istutab kõikjal maailmas eraldavad fotosünteesi kõrvalsaadusena hapnikkuja mõned neist muutuvad täiendavaks toitainerikkaks toiduks. Vaatamata miljonite aastate pikkusele evolutsioonile on fotosüntees siiski ebatäiuslik. Illinoisi ülikooli teadlased on alustanud tööd fotosünteesi defektide parandamiseks, mis nende arvates võib suurendada põllukultuuride saaki kuni 40 protsenti.

Nad keskendusid protsess, mida nimetatakse fotohingamiseksmis ei ole niivõrd fotosünteesi osa, kuivõrd selle tagajärg. Nagu paljud bioloogilised protsessid, ei toimi fotosüntees alati ideaalselt. Fotosünteesi käigus võtavad taimed endasse vett ja süsihappegaasi ning muudavad need suhkruteks (toiduks) ja hapnikuks. Taimed ei vaja hapnikku, seetõttu eemaldatakse see.

Teadlased eraldasid ensüümi nimega ribuloos-1,5-bisfosfaatkarboksülaas/oksügenaas (RuBisCO). See valgukompleks seob süsinikdioksiidi molekuli ribuloos-1,5-bisfosfaadiga (RuBisCO). Sajandite jooksul on Maa atmosfäär muutunud rohkem oksüdeerituks, mis tähendab, et RuBisCO peab tegelema rohkema süsinikdioksiidiga segatud hapnikumolekulidega. Ühel neljast juhtumist püüab RuBisCO ekslikult kinni hapnikumolekuli ja see mõjutab jõudlust.

Selle protsessi ebatäiuslikkuse tõttu jäävad taimedele toksilised kõrvalsaadused nagu glükolaat ja ammoniaak. Nende ühendite töötlemine (läbi fotorespiratsiooni) nõuab energiat, mis lisandub fotosünteesi ebaefektiivsusest tulenevatele kadudele. Uuringu autorid märgivad, et riis, nisu ja sojaoad on seetõttu puudulikud ning RuBisCO muutub temperatuuri tõustes veelgi ebatäpsemaks. See tähendab, et globaalse soojenemise intensiivistudes võivad toiduvarud väheneda.

See lahendus on osa programmist nimega (RIPE) ja hõlmab uute geenide kasutuselevõttu, mis muudavad fotohingamise kiiremaks ja energiasäästlikumaks. Meeskond töötas välja kolm alternatiivset rada, kasutades uusi geneetilisi järjestusi. Need rajad on optimeeritud 1700 erineva taimeliigi jaoks. Kaks aastat katsetasid teadlased neid järjestusi modifitseeritud tubakaga. See on teaduses tavaline taim, kuna selle genoom on erakordselt hästi mõistetav. Rohkem tõhusad fotohingamise viisid võimaldavad taimedel säästa märkimisväärsel hulgal energiat, mida saab nende kasvuks kasutada. Järgmine samm on geenide sisseviimine toidukultuuridesse, nagu sojaoad, oad, riis ja tomatid.

Kunstlikud vererakud ja geenilõigud

Looduse häkkimine see viib lõpuks mehe endani. Eelmisel aastal teatasid Jaapani teadlased, et nad on välja töötanud tehisvere, mida saab kasutada igal patsiendil, olenemata veregrupist ja millel on traumameditsiinis mitmeid reaalseid rakendusi. Hiljuti on teadlased teinud sünteetilisi punaseid vereliblesid luues veelgi suurema läbimurde (5). Need kunstlikud vererakud nad mitte ainult ei näita oma looduslike kolleegide omadusi, vaid neil on ka täiustatud võimalused. New Mexico ülikooli, Sandia riikliku labori ja Lõuna-Hiina polütehnilise ülikooli meeskond on loonud punaseid vereliblesid, mis mitte ainult ei suuda hapnikku erinevatesse kehaosadesse kanda, vaid ka ravimeid toimetada, toksiine tajuda ja muid ülesandeid täita. .

5. Sünteetiline vererakk

Kunstlike vererakkude loomise protsess selle algatasid looduslikud rakud, mis kaeti esmalt õhukese ränidioksiidi kihiga ning seejärel positiivsete ja negatiivsete polümeeride kihtidega. Seejärel ränidioksiid söövitatakse ja lõpuks kaetakse pind looduslike erütrotsüütide membraanidega. See on viinud kunstlike erütrotsüütide tekkeni, mille suurus, kuju, laeng ja pinnavalgud on sarnased päris omadega.

Lisaks näitasid teadlased äsja moodustunud vererakkude paindlikkust, surudes need läbi mudeli kapillaaride pisikeste pilude. Lõpuks, hiirtel testimisel ei leitud toksilisi kõrvaltoimeid isegi pärast 48-tunnist ringlust. Katsed laadisid need rakud hemoglobiini, vähivastaste ravimite, toksilisuse andurite või magnetiliste nanoosakestega, et näidata, et need võivad kanda erinevat tüüpi laenguid. Tehisrakud võivad toimida ka patogeenide söödana.

Looduse häkkimine see viib lõpuks ideeni geneetilisest korrektsioonist, inimeste fikseerimisest ja konstrueerimisest ning ajuliideste avamisest ajudevaheliseks otseseks suhtluseks.

Praegu on palju ärevust ja muret inimeste geneetilise muundamise väljavaadete pärast. Tugevad on ka pooltargumendid, näiteks et geenimanipulatsiooni tehnikad võivad aidata haigust kõrvaldada. Nad võivad kõrvaldada palju valu ja ärevuse vorme. Need võivad suurendada inimeste intelligentsust ja pikaealisust. Mõned inimesed lähevad nii kaugele, et väidavad, et võivad muuta inimeste õnne ja tootlikkuse ulatust mitme suurusjärgu võrra.

Geenitehnoloogiakui selle eeldatavaid tagajärgi tõsiselt võetaks, võiks seda pidada ajalooliseks sündmuseks, mis on võrdne Kambriumi plahvatusega, mis muutis evolutsiooni tempot. Kui enamik inimesi mõtleb evolutsioonile, mõtlevad nad bioloogilisele evolutsioonile loodusliku valiku kaudu, kuid nagu selgub, võib ette kujutada ka teisi selle vorme.

Alates XNUMX-idest hakkasid inimesed modifitseerima taimede ja loomade DNA-d (Vaata ka: ), loomine geneetiliselt muundatud toidudjne Praegu sünnib IVF abil igal aastal pool miljonit last. Üha enam hõlmavad need protsessid ka embrüote järjestamist haiguste skriinimiseks ja kõige elujõulisema embrüo määramist (geenitehnoloogia vorm, ehkki ilma tegelike aktiivsete muutusteta genoomis).

CRISPR-i ja sarnaste tehnoloogiate (6) tulekuga oleme näinud DNA-s tegelike muudatuste tegemise uurimise buumi. 2018. aastal lõi He Jiankui Hiinas esimesed geneetiliselt muundatud lapsed, mille eest ta vangi saadeti. See küsimus on praegu ägeda eetilise arutelu objektiks. 2017. aastal kiitsid USA Rahvuslik Teaduste Akadeemia ja Riiklik Meditsiiniakadeemia heaks inimgenoomi redigeerimise kontseptsiooni, kuid seda alles "pärast vastuste leidmist ohutuse ja jõudluse küsimustele" ning "ainult tõsiste haiguste korral ja hoolika järelevalve all. "

Vaidlust tekitab "disainerbeebide" vaatenurk ehk inimeste kujundamine, valides need omadused, mis lapsel sündima peaksid. See on ebasoovitav, kuna arvatakse, et sellistele meetoditele on juurdepääs ainult jõukatel ja privilegeeritud inimestel. Isegi kui selline disain on pikka aega tehniliselt võimatu, on see isegi nii geneetiline manipuleerimine defektide ja haiguste geenide kustutamise osas ei ole selgelt hinnatud. Jällegi, nagu paljud kardavad, on see kättesaadav vaid vähestele väljavalitutele.

See ei ole aga nii lihtne nuppude väljalõikamine ja kaasamine, nagu kujutavad ette need, kes CRISPR-iga tuttavad peamiselt ajakirjanduse illustratsioonide põhjal. Paljusid inimese omadusi ja vastuvõtlikkust haigustele ei kontrolli üks või kaks geeni. Haigused ulatuvad millel on üks geen, luues tingimused paljudele tuhandetele riskivalikutele, suurendades või vähendades vastuvõtlikkust keskkonnateguritele. Kuigi paljud haigused, nagu depressioon ja diabeet, on polügeensed, aitab sageli isegi üksikute geenide väljalõikamine. Näiteks töötab Verve välja geeniteraapiat, mis vähendab südame-veresoonkonna haiguste levimust, mis on üks peamisi surmapõhjuseid maailmas. suhteliselt väikesed genoomi väljaanded.

Keeruliste ülesannete jaoks ja üks neist haiguse polügeenne alus, on viimasel ajal retseptiks saanud tehisintellekti kasutamine. See põhineb sellistel ettevõtetel nagu see, mis hakkas vanematele pakkuma polügeenset riskianalüüsi. Lisaks muutuvad järjestatud genoomilised andmekogumid järjest suuremaks (mõnes on järjestatud üle miljoni genoomi), mis suurendab aja jooksul masinõppemudelite täpsust.

ajuvõrk

Oma raamatus nimetas Miguel Nicolelis, praegu "ajuhäkkimise" teerajajaid, suhtlemist inimkonna tulevikuks, meie liigi evolutsiooni järgmiseks etapiks. Ta viis läbi uurimistööd, milles ta ühendas mitme roti aju, kasutades keerulisi implanteeritud elektroode, mida tuntakse aju-aju liidestena.

Nicolelis ja tema kolleegid kirjeldasid saavutust kui esimest "orgaanilist arvutit", mille elavad ajud olid omavahel ühendatud, nagu oleks tegemist mitme mikroprotsessoriga. Sellesse võrku kuuluvad loomad on õppinud oma närvirakkude elektrilist aktiivsust sünkroniseerima samamoodi nagu iga üksiku aju puhul. Võrgustatud aju on testitud selliste asjade suhtes nagu selle võime eristada kahte erinevat elektriliste stiimulite mustrit ja tavaliselt edestavad need üksikuid loomi. Kui rottide omavahel ühendatud ajud on "targemad" kui mõne üksiku looma ajud, kujutage ette inimese ajuga ühendatud bioloogilise superarvuti võimeid. Selline võrgustik võimaldaks inimestel töötada üle keelebarjääri. Samuti, kui rottide uuringu tulemused on õiged, võib inimaju võrgustamine parandada jõudlust, või nii see tundub.

Hiljuti on tehtud katseid, mida mainiti ka MT lehtedel, mis hõlmasid väikese inimeste võrgustiku ajutegevuse koondamist. Kolm erinevates ruumides istunud inimest töötasid koos, et plokki õigesti suunata, et see ületaks Tetrise-laadses videomängus teiste plokkide vahel. Kaks inimest, kes tegutsesid "saatjatena", kelle peas olid elektroentsefalograafid (EEG), mis registreerisid nende aju elektrilist aktiivsust, nägid tühimikku ja teadsid, kas plokki on vaja pöörata, et see sobiks. Kolmas, kes tegutses "vastuvõtjana", ei teadnud õiget lahendust ja pidi toetuma otse saatjate ajudest saadetud juhistele. Selle "BrainNeti"-nimelise võrguga testiti kokku viit inimeste rühma (7) ja keskmiselt saavutasid nad ülesande täpsuse üle 80%.

7. Foto BrainNeti katsest

Asja keerulisemaks muutmiseks lisasid teadlased mõnikord ühe saatja saadetud signaalile müra. Olles silmitsi vastuoluliste või mitmetähenduslike juhistega, õppisid adressaadid kiiresti tuvastama ja järgima saatja täpsemaid juhiseid. Teadlased märgivad, et see on esimene teade, et paljude inimeste aju on täiesti mitteinvasiivsel viisil ühendatud. Nad väidavad, et inimeste arv, kelle aju saab võrku ühendada, on praktiliselt piiramatu. Samuti viitavad nad sellele, et teabe edastamist mitteinvasiivsete meetodite abil saab parandada samaaegse ajutegevuse pildistamise (fMRI) abil, kuna see võib potentsiaalselt suurendada teabe hulka, mida ringhäälinguorganisatsioon saab edastada. FMRI ei ole aga lihtne protseduur ja muudab juba niigi äärmiselt raske ülesande keeruliseks. Teadlased oletavad ka, et signaal võib olla suunatud konkreetsetele ajupiirkondadele, et vallandada teadlikkus konkreetsest semantilisest sisust vastuvõtja ajus.

Samal ajal arenevad kiiresti invasiivsema ja võib-olla ka tõhusama ajuühenduse vahendid. Elon Musk teatas hiljuti XNUMX elektroode sisaldava BCI implantaadi väljatöötamisest, et võimaldada laialdast suhtlust arvutite ja aju närvirakkude vahel. (DARPA) on välja töötanud siirdatava närviliidese, mis suudab üheaegselt tulistada miljon närvirakku. Kuigi need BCI moodulid ei olnud spetsiaalselt koostoimimiseks loodud aju-ajupole raske ette kujutada, et neid saab sellistel eesmärkidel kasutada.

Lisaks eelnevale on veel üks arusaam “biohäkkimisest”, mis on eriti Silicon Valleys moes ja seisneb erinevat tüüpi heaoluprotseduurides, millel on kohati kahtlane teaduslik alus. Nende hulgas on erinevad dieedid ja treeningtehnikad, samuti sh. noore vere ülekanne, samuti nahaaluste kiipide implanteerimine. Sel juhul mõtlevad rikkad sellisele asjale nagu "häkkimissurm" või vanadus. Seni pole veenvaid tõendeid selle kohta, et nende kasutatavad meetodid võivad oluliselt pikendada eluiga, rääkimata surematusest, millest mõned unistavad.