Hakerimi i natyrës

Vetë natyra mund të na mësojë se si të hakojmë natyrën, si bletët, të cilat Mark Mescher dhe Consuelo De Moraes nga ETH Cyrih vunë në dukje se janë të aftë në thithjen e gjetheve për të "inkurajuar" bimët të lulëzojnë.

Është interesante se përpjekjet për të përsëritur këto trajtime me insekte duke përdorur metodat tona nuk kanë qenë të suksesshme dhe shkencëtarët tani po pyesin nëse sekreti i dëmtimit efektiv të gjetheve të insekteve qëndron në modelin unik që ata përdorin, apo ndoshta në futjen e disa substancave nga bletët. . Mbi të tjerët fushat e biohakimit megjithatë, ne po ecim më mirë.

Për shembull, inxhinierët zbuluan kohët e fundit se si transformojnë spinaqin në sisteme shqisore mjedisoretë cilat mund t'ju lajmërojnë për praninë e eksplozivit. Në vitin 2016, inxhinieri kimik Ming Hao Wong dhe ekipi i tij në MIT transplantuan nanotuba karboni në gjethet e spinaqit. Gjurmët e eksplozivittë cilat bima i thithi përmes ajrit ose ujërave nëntokësore, bëri nanotuba lëshojnë një sinjal fluoreshent. Për të kapur një sinjal të tillë nga uzina, një kamerë e vogël infra të kuqe u drejtua në fletë dhe u ngjit në një çip Raspberry Pi. Kur kamera zbuloi një sinjal, ajo shkaktoi një alarm me email. Pas zhvillimit të nanosensorëve në spinaq, Wong filloi të zhvillonte aplikacione të tjera për teknologjinë, veçanërisht në bujqësi për paralajmërimet e thatësirës ose dëmtuesve.

fenomeni i biolumineshencës, për shembull. në kallamarët, kandil deti dhe krijesa të tjera të detit. Dizajnerja franceze Sandra Rey prezanton biolumineshencën si një mënyrë natyrale të ndriçimit, domethënë krijimin e fenerëve "të gjallë" që lëshojnë dritë pa energji elektrike (2). Ray është themeluesi dhe CEO i Glowee, një kompani ndriçimi biolumineshent. Ai parashikon se një ditë ata mund të zëvendësojnë ndriçimin elektrik konvencional të rrugëve.

2. Vizualizimi i ndriçimit Glowee

Për të prodhuar dritën, teknikët e Glowee punësojnë gjen i biolumineshencës të marra nga sepjet Havajane në bakteret E. coli, dhe më pas ato rritin bakteret. Duke programuar ADN-në, inxhinierët mund të kontrollojnë ngjyrën e dritës, kur ajo fiket dhe ndizet, dhe shumë modifikime të tjera. Këto baktere padyshim kanë nevojë për kujdes dhe ushqim për të qëndruar gjallë dhe për të shkëlqyer, kështu që kompania po punon për t'i mbajtur dritat ndezur më gjatë. Tani për tani, thotë Ray në Wired, ata kanë një sistem që zgjat gjashtë ditë. Jetëgjatësia aktuale e kufizuar e dritave do të thotë se ato janë kryesisht të përshtatshme për ngjarje ose festivale për momentin.

Kafshët shtëpiake me çanta shpine elektronike

Ju mund të shikoni insektet dhe të përpiqeni t'i imitoni ato. Ju gjithashtu mund të provoni t'i "hakoni" ato dhe t'i përdorni si... drone në miniaturë. Bumbleblet janë të pajisura me "çanta shpine" sensorësh, si ato që përdoren nga fermerët për të monitoruar fushat e tyre (3). Problemi me mikrodronet është fuqia. Nuk ka një problem të tillë me insektet. Ata fluturojnë pa u lodhur. Inxhinierët ngarkuan "bagazhet" e tyre me sensorë, memorie për ruajtjen e të dhënave, marrës për gjurmimin e vendndodhjes dhe bateri për të fuqizuar elektronikën (domethënë kapacitet shumë më të vogël) - të gjitha peshojnë 102 miligramë. Ndërsa insektet kryejnë punët e tyre të përditshme, sensorët matin temperaturën dhe lagështinë dhe pozicioni i tyre gjurmohet duke përdorur një sinjal radio. Pas kthimit në koshere, të dhënat shkarkohen dhe bateria ngarkohet me valë. Ekipi i shkencëtarëve e quan teknologjinë e tyre Living IoT.

3. Living IoT, e cila është një grerëz me një sistem elektronik në shpinë

Zoologu Max Planck Instituti i Ornitologjisë. Martin Wikelski vendosi të testojë besimin popullor se kafshët kanë një aftësi të lindur për të ndjerë fatkeqësitë e afërta. Wikelski drejton projektin ndërkombëtar të sensorëve të kafshëve ICARUS. Autori i dizajnit dhe hulumtimit fitoi famë kur u bashkua Fenerët GPS kafshët (4), të mëdha dhe të vogla, për të studiuar ndikimin e fenomeneve në sjelljen e tyre. Shkencëtarët kanë treguar, ndër të tjera, se prania e shtuar e lejlekëve të bardhë mund të tregojë shpërthime të karkalecave, dhe vendndodhja dhe temperatura e trupit të rosave të mallardës mund të tregojë përhapjen e gripit të shpendëve tek njerëzit.

4. Martin Wikelski dhe lejleku transmetues

Tani Wikelski po përdor dhitë për të zbuluar nëse ka diçka në teoritë e lashta që kafshët "dinë" për tërmetet e afërt dhe shpërthimet vullkanike. Menjëherë pas tërmetit masiv të Norcias në Itali në vitin 2016, Wikelski vuri në qafë bagëtitë pranë epiqendrës për të parë nëse ato silleshin ndryshe përpara lëkundjeve. Çdo jakë përmbante të dyja Pajisje gjurmuese GPS, si një përshpejtues.

Më vonë ai shpjegoi se me këtë monitorim 2/18 mund të identifikohej sjellje "normale" dhe më pas të kërkohej anomali. Wikelski dhe ekipi i tij vunë në dukje se kafshët rritën përshpejtimin e tyre në orët para se të ndodhte tërmeti. Ai vëzhgoi "periudha paralajmëruese" që varionin nga XNUMX deri në XNUMX orë, në varësi të distancës nga epiqendra. Wikelski është duke paraqitur një patentë për një sistem paralajmërimi për fatkeqësitë bazuar në sjelljen kolektive të kafshëve në lidhje me një bazë.

Përmirësoni efikasitetin e fotosintezës

Toka jeton sepse mbjell në të gjithë botën çlirojnë oksigjen si nënprodukt të fotosintezësdhe disa prej tyre bëhen ushqime shtesë ushqyese. Megjithatë, fotosinteza është e papërsosur, pavarësisht nga shumë miliona vjet evolucion. Studiuesit në Universitetin e Illinois kanë filluar të punojnë për të eliminuar defektet në fotosintezë, të cilat ata besojnë se mund të rrisin rendimentet e të korrave deri në 40 për qind.

Ata u fokusuan në një proces i quajtur fotorespirime cila nuk është aq pjesë e fotosintezës sa pasojë e saj. Ashtu si shumë procese biologjike, fotosinteza nuk funksionon gjithmonë në mënyrë perfekte. Gjatë fotosintezës, bimët marrin ujë dhe dioksid karboni dhe i shndërrojnë ato në sheqerna (ushqim) dhe oksigjen. Bimët nuk kanë nevojë për oksigjen, kështu që ai hiqet.

Studiuesit izoluan një enzimë të quajtur ribulose-1,5-bisfosfat karboksilazë/oksigjenazë (RuBisCO). Ky kompleks proteinash lidh një molekulë të dioksidit të karbonit me ribuloz-1,5-bisfosfat (RuBisCO). Gjatë shekujve, atmosfera e Tokës është bërë më e oksigjenuar, që do të thotë se RuBisCO duhet të merret me më shumë molekula oksigjeni të përziera me dioksid karboni. Në një nga katër rastet, RuBisCO gabimisht kap një molekulë oksigjeni dhe kjo ndikon në performancën.

Për shkak të papërsosmërive në këtë proces, bimët mbeten me nënprodukte toksike si glikolati dhe amoniaku. Përpunimi i këtyre komponimeve (nëpërmjet fotorespirimit) kërkon energji, e cila shton humbjet që vijnë nga joefikasiteti i fotosintezës. Kjo bën që orizi, gruri dhe soja të jenë të mangëta, dhe RuBisCO bëhet edhe më pak i saktë me rritjen e temperaturave, theksojnë autorët e studimit. Kjo do të thotë se me rritjen e ngrohjes globale, furnizimet me ushqime mund të bien.

Kjo zgjidhje është pjesë e një programi të quajtur (RIPE) dhe përfshin futjen e gjeneve të reja që e bëjnë fotofrymëmarrjen më të shpejtë dhe më efikase në energji. Ekipi zhvilloi tre rrugë alternative duke përdorur sekuenca të reja gjenetike. Këto shtigje janë optimizuar për 1700 lloje të ndryshme bimore. Për dy vjet, shkencëtarët i testuan këto sekuenca duke përdorur duhan të modifikuar. Është një bimë e zakonshme në shkencë, sepse gjenomi i saj është studiuar jashtëzakonisht mirë. Më shumë mënyra efikase të fotorespirimit lejojnë bimët të kursejnë sasi të konsiderueshme energjie, e cila mund të përdoret për rritjen e tyre. Hapi tjetër është futja e gjeneve në kulturat ushqimore si soja, fasulet, orizi dhe domatet.

Qeliza artificiale të gjakut dhe prerje gjenesh

Hakerimi i natyrës kjo çon në fund të fundit tek vetë personi. Vitin e kaluar, shkencëtarët japonezë raportuan se kishin zhvilluar gjak artificial që mund të përdoret për çdo pacient, pavarësisht nga grupi i gjakut, i cili ka disa aplikime në botën reale në mjekësinë e traumës. Kohët e fundit, shkencëtarët bënë një zbulim edhe më të madh duke krijuar qeliza të kuqe sintetike të gjakut (5). Këto qelizat artificiale të gjakut ata jo vetëm që shfaqin vetitë e analogëve të tyre natyrorë, por gjithashtu kanë aftësi të zgjeruara. Një ekip nga Universiteti i Nju Meksikës, Laboratorët Kombëtarë Sandia dhe Universiteti Politeknik i Kinës Jugore ka krijuar qeliza të kuqe të gjakut që jo vetëm që mund të shërbejnë si bartës të oksigjenit në pjesë të ndryshme të trupit, por edhe të japin ilaçe, të ndjejnë toksinat dhe të kryejnë detyra të tjera. .

5. Qeliza sintetike e gjakut

Procesi i krijimit të qelizave artificiale të gjakut ajo u inicua nga qelizat natyrore që fillimisht u mbuluan me një shtresë të hollë silici dhe më pas me shtresa polimeresh pozitive dhe negative. Silica më pas gdhendet dhe në fund sipërfaqja mbulohet me membrana natyrale të qelizave të kuqe të gjakut. Kjo ka çuar në krijimin e qelizave të kuqe artificiale të gjakut që kanë të njëjtën madhësi, formë, ngarkesë dhe proteina sipërfaqësore si gjëja e vërtetë.

Studiuesit demonstruan gjithashtu fleksibilitetin e qelizave të gjakut të sapoformuara duke i shtyrë ato nëpër çarje të vogla në kapilarët model. Më në fund, kur u testua në minj, nuk u gjetën efekte anësore toksike edhe pas 48 orësh qarkullimi. Testet i ngarkuan këto qeliza me hemoglobinë, ilaçe kundër kancerit, sensorë toksiciteti ose nanogrimca magnetike për të treguar se ato mund të mbanin lloje të ndryshme ngarkesash. Qelizat artificiale mund të veprojnë gjithashtu si karrem për patogjenët.

Hakerimi i natyrës kjo përfundimisht çon në idenë e korrigjimit gjenetik, riparimin dhe inxhinierinë e njerëzve dhe hapjen e ndërfaqeve të trurit për komunikim të drejtpërdrejtë tru-tru.

Aktualisht ka shumë shqetësime dhe ankth rreth perspektivës së modifikimit gjenetik njerëzor. Argumentet në favor janë gjithashtu të forta, për shembull se teknikat e manipulimit gjenetik mund të ndihmojnë në eliminimin e sëmundjes. Ato mund të eliminojnë shumë forma të dhimbjes dhe ankthit. Ato mund të rrisin inteligjencën dhe jetëgjatësinë e njerëzve. Disa njerëz shkojnë aq larg sa thonë se mund të ndryshojnë shkallën e lumturisë dhe produktivitetit njerëzor me shumë shkallë.

Inxhinieri gjenetikenëse pasojat e tij të pritshme do të merreshin seriozisht, ajo mund të shihej si një ngjarje historike e barabartë me shpërthimin Kambrian, i cili ndryshoi ritmin e evolucionit. Kur shumica e njerëzve mendojnë për evolucionin, ata mendojnë për evolucionin biologjik përmes seleksionimit natyror, por rezulton se forma të tjera të tij mund të imagjinohen.

Që nga XNUMX, njerëzit kanë filluar të modifikojnë ADN-në e bimëve dhe kafshëve (Shiko gjithashtu: ), Krijim ushqimet e modifikuara gjenetikishtetj. Aktualisht, gjysmë milioni bebe lindin çdo vit përmes IVF. Gjithnjë e më shumë, këto procese përfshijnë gjithashtu sekuencën e embrioneve për të kontrolluar sëmundjet dhe për të identifikuar embrionin më të qëndrueshëm (një formë e inxhinierisë gjenetike, edhe pse pa ndryshime aktuale aktive në gjenom).

Me ardhjen e CRISPR dhe teknologjive të ngjashme (6), ne kemi parë një shpërthim kërkimesh për të bërë ndryshime reale në ADN. Në vitin 2018, He Jiankui krijoi fëmijët e parë të modifikuar gjenetikisht në Kinë, për të cilët u dërgua në burg. Kjo çështje është aktualisht objekt i debatit intensiv etik. Në vitin 2017, Akademia Kombëtare e Shkencave e SHBA dhe Akademia Kombëtare e Mjekësisë miratuan konceptin e redaktimit të gjenomit njerëzor, por vetëm “pasi të jenë përgjigjur çështjet e sigurisë dhe performancës” dhe “vetëm në rastet e sëmundjeve të rënda dhe nën mbikëqyrje të ngushtë”.

Debatet lindin nga këndvështrimi i "foshnjave projektuese", domethënë, dizajnimi i njerëzve duke zgjedhur tiparet që duhet të ketë fëmija që do të lindë. Kjo është e padëshirueshme sepse besohet se vetëm njerëzit e pasur dhe të privilegjuar do të kenë qasje në metoda të tilla. Edhe nëse një dizajn i tillë është teknikisht i pamundur për një kohë të gjatë, madje do të jetë manipulimi gjenetik në lidhje me fshirjen e gjeneve për defekte dhe sëmundje nuk janë vlerësuar qartë. Përsëri, siç kanë frikë shumë, kjo do të jetë në dispozicion vetëm për disa të zgjedhur.

Megjithatë, nuk është aq e thjeshtë sa butonat e prerjes dhe ndërrimit siç e imagjinojnë ata që e njohin CRISPR kryesisht nga ilustrimet e shtypit. Shumë karakteristika njerëzore dhe ndjeshmëria ndaj sëmundjeve nuk kontrollohen nga një ose dy gjene. Sëmundjet janë të ndryshme, duke filluar nga prania e një gjeni, duke krijuar kushtet për mijëra variacione rreziku, duke rritur ose ulur ndjeshmërinë ndaj faktorëve mjedisorë. Megjithatë, megjithëse shumë sëmundje, si depresioni dhe diabeti, janë poligjenike, thjesht heqja e gjeneve individuale shpesh ndihmon. Për shembull, Verve po zhvillon terapi gjenetike që reduktojnë prevalencën e sëmundjeve kardiovaskulare, një nga shkaqet kryesore të vdekjeve në mbarë botën. botime relativisht të vogla të gjenomit.

Për detyra komplekse, dhe një prej tyre baza poligjenike e sëmundjeve, përdorimi i inteligjencës artificiale është bërë kohët e fundit një recetë. Ai bazohet në kompani si ajo që filloi të ofronte vlerësime poligjenike të rrezikut për prindërit. Për më tepër, grupet e të dhënave gjenomike të renditura po bëhen gjithnjë e më të mëdha (disa me mbi një milion gjenome të renditura), gjë që do të përmirësojë saktësinë e modeleve të mësimit të makinerive me kalimin e kohës.

Rrjeti i trurit

Në librin e tij, Miguel Nicolelis, një nga pionierët e asaj që tani njihet si "hakimi i trurit", e quajti lidhjen e ardhmja e njerëzimit, faza tjetër në evolucionin e specieve tona. Ai kreu studime në të cilat lidhi trurin e disa minjve duke përdorur elektroda komplekse të implantuara të njohura si ndërfaqe tru-tru.

Nicolelis dhe kolegët e tij e përshkruan arritjen si "kompjuterin e parë organik" me tru të gjallë të lidhur së bashku sikur të ishin mikroprocesorë të shumtë. Kafshët në këtë rrjet kanë mësuar të sinkronizojnë aktivitetin elektrik të qelizave të tyre nervore në të njëjtën mënyrë si në çdo tru individual. Truri i rrjetit është testuar për gjëra të tilla si aftësia e tij për të dalluar dy modele të ndryshme të stimujve elektrikë dhe në përgjithësi ato i kalojnë kafshët individuale. Nëse truri i ndërlidhur i minjve është "më i zgjuar" se çdo kafshë e vetme, imagjinoni aftësitë e një superkompjuteri biologjik të ndërlidhur nga truri i njeriut. Një rrjet i tillë mund t'i lejojë njerëzit të punojnë përtej barrierave gjuhësore. Për më tepër, nëse rezultatet e studimit të minjve janë të sakta, rrjetëzimi i trurit të njeriut mund të përmirësojë performancën, ose kështu duket.

Kohët e fundit u kryen eksperimente, të përmendura edhe në faqet e MT, të cilat konsistonin në kombinimin e aktivitetit të trurit të një rrjeti të vogël njerëzish. Tre persona të ulur në dhoma të ndryshme punuan së bashku për të orientuar siç duhet një bllok, në mënyrë që të mund të lidhte hendekun midis blloqeve të tjera në një lojë video të ngjashme me Tetris. Dy njerëz që vepruan si "dërguesit", duke mbajtur elektroencefalografë (EEG) në kokën e tyre që regjistronin aktivitetin elektrik të trurit të tyre, panë çarjen dhe dinin nëse do ta rrotullonin bllokun për ta bërë atë të përshtatshëm. Personi i tretë, duke vepruar si "marrësi", nuk e dinte zgjidhjen e duhur dhe duhej të mbështetej në udhëzimet e dërguara drejtpërdrejt nga truri i dërguesit. Gjithsej pesë grupe njerëzish u testuan duke përdorur këtë rrjet, të quajtur "BrainNet" (7), dhe mesatarisht ata arritën më shumë se 80% saktësi në detyrë.

7. Foto nga eksperimenti BrainNet

Për të komplikuar detyrën, studiuesit ndonjëherë shtuan zhurmë në sinjalin e dërguar nga njëri prej dërguesve. Kur u përballën me udhëzime kontradiktore ose të paqarta, marrësit mësuan shpejt të identifikonin dhe të ndiqnin udhëzimet më të sakta të dërguesit. Studiuesit vërejnë se ky është raporti i parë që truri i shumë njerëzve është lidhur në një mënyrë krejtësisht jo-invazive. Ata argumentojnë se numri i njerëzve, truri i të cilëve mund të lidhet në rrjet është praktikisht i pakufizuar. Ata gjithashtu sugjerojnë se transmetimi i informacionit duke përdorur metoda jo-invazive mund të përmirësohet me imazhe të njëkohshme të aktivitetit të trurit duke përdorur (fMRI), pasi kjo potencialisht rrit sasinë e informacionit që mund të transmetohet nga transmetuesi. Megjithatë, fMRI nuk është një procedurë e thjeshtë dhe do të komplikojë një detyrë tashmë jashtëzakonisht të vështirë. Studiuesit sugjerojnë gjithashtu se sinjali mund të synohet në zona të veçanta të trurit për të nxitur ndërgjegjësimin për përmbajtjen specifike semantike në trurin e marrësit.

Në të njëjtën kohë, mjetet po zhvillohen me shpejtësi për t'u lidhur me trurin në mënyrë më invazive dhe ndoshta më efikase. Elon Musk Kohët e fundit njoftoi zhvillimin e një implanti BCI që përmban elektroda XNUMX për të mundësuar komunikim të gjerë midis kompjuterëve dhe qelizave nervore të trurit. (DARPA) ka zhvilluar një ndërfaqe nervore të implantueshme që mund të përfshijë në të njëjtën kohë një milion qeliza nervore. Edhe pse këto module BCI nuk janë krijuar posaçërisht për të ndërvepruar tru-trunuk është e vështirë të imagjinohet se ato mund të përdoren për qëllime të tilla.

Përveç sa më sipër, ekziston edhe një kuptim tjetër i "biohacking", i cili është në modë veçanërisht në Silicon Valley dhe përbëhet nga lloje të ndryshme procedurash shëndetësore me baza shkencore ndonjëherë të dyshimta. Këto përfshijnë dieta dhe teknika të ndryshme ushtrimesh, si dhe... transfuzioni i gjakut të ri, si dhe implantimi i çipsave nënlëkurore. Në këtë rast, të pasurit po mendojnë për diçka si “hacking me vdekje” apo pleqërinë. Nuk ka ende asnjë provë bindëse se metodat që përdorin mund të zgjasin ndjeshëm jetën, për të mos përmendur pavdekësinë që disa ëndërrojnë.