Penggodaman alam semula jadi

Alam semula jadi sendiri boleh mengajar kita bagaimana untuk menggodam alam semula jadi, seperti lebah, yang Mark Mescher dan Consuelo De Moraes dari ETH di Zurich menyatakan bahawa mereka mahir menggigit daun untuk "menggalakkan" tumbuhan berbunga.

Menariknya, percubaan untuk meniru rawatan serangga ini dengan kaedah kami tidak berjaya, dan saintis kini tertanya-tanya sama ada rahsia kerosakan serangga yang berkesan pada daun terletak pada corak unik yang mereka gunakan, atau mungkin dalam pengenalan beberapa bahan oleh lebah. Pada orang lain bidang biohacking namun, kami melakukan yang lebih baik.

Sebagai contoh, jurutera baru-baru ini menemui caranya menjadikan bayam kepada sistem deria alam sekitaryang boleh memberi amaran kepada anda tentang kehadiran bahan letupan. Pada 2016, jurutera kimia Ming Hao Wong dan pasukannya di MIT memindahkan nanotiub karbon ke dalam daun bayam. Kesan bahan letupanyang diserap oleh tumbuhan melalui udara atau air bawah tanah, dibuat tiub nano mengeluarkan isyarat pendarfluor. Untuk menangkap isyarat sedemikian dari kilang, kamera inframerah kecil dihalakan pada daun dan dilekatkan pada cip Raspberry Pi. Apabila kamera mengesan isyarat, ia mencetuskan amaran e-mel. Selepas membangunkan penderia nano dalam bayam, Wong mula membangunkan aplikasi lain untuk teknologi itu, terutamanya dalam pertanian untuk memberi amaran tentang kemarau atau perosak.

fenomena bioluminesensi, contohnya. dalam sotong, obor-obor dan makhluk laut lain. Pereka Perancis Sandra Rey mempersembahkan bioluminescence sebagai cara pencahayaan semula jadi, iaitu penciptaan tanglung "hidup" yang memancarkan cahaya tanpa elektrik (2). Ray ialah pengasas dan Ketua Pegawai Eksekutif Glowee, sebuah syarikat pencahayaan bercahaya. Dia meramalkan bahawa suatu hari nanti mereka akan dapat menggantikan lampu jalan elektrik konvensional.

2. Visualisasi Pencahayaan Glowee

Untuk pengeluaran cahaya, juruteknik Glowee melibatkan gen bioluminesensi diperoleh daripada sotong Hawaii menjadi bakteria E. coli, dan kemudian mereka membiak bakteria ini. Dengan memprogramkan DNA, jurutera boleh mengawal warna cahaya apabila ia dimatikan dan dihidupkan, serta banyak pengubahsuaian lain. Bakteria ini jelas perlu dijaga dan diberi makan untuk kekal hidup dan berseri, jadi syarikat sedang berusaha untuk memastikan lampu menyala lebih lama. Pada masa ini, kata Rei di Wired, mereka mempunyai satu sistem yang telah berjalan selama enam hari. Jangka hayat yang terhad semasa luminair bermakna pada masa ini ia kebanyakannya sesuai untuk acara atau perayaan.

Haiwan peliharaan dengan beg galas elektronik

Anda boleh menonton serangga dan cuba menirunya. Anda juga boleh cuba "menggodam" mereka dan menggunakannya sebagai… dron kecil. Bumblebees dilengkapi dengan "beg galas" dengan sensor, seperti yang digunakan oleh petani untuk memantau ladang mereka (3). Masalah dengan microdrones ialah kuasa. Tidak ada masalah seperti itu dengan serangga. Mereka terbang tanpa jemu. Jurutera memuatkan "bagasi" mereka dengan penderia, memori untuk penyimpanan data, penerima untuk pengesanan lokasi dan bateri untuk menjana kuasa elektronik (iaitu kapasiti yang jauh lebih kecil) - semuanya seberat 102 miligram. Semasa serangga menjalankan aktiviti harian mereka, penderia mengukur suhu dan kelembapan, dan kedudukan mereka dijejaki menggunakan isyarat radio. Selepas kembali ke sarang, data dimuat turun dan bateri dicas tanpa wayar. Pasukan saintis memanggil teknologi mereka Living IoT.

3. Live IoT, iaitu lebah dengan sistem elektronik di belakangnya

Ahli zoologi di Institut Max Planck untuk Ornitologi. Martin Wikelski memutuskan untuk menguji kepercayaan popular bahawa haiwan mempunyai keupayaan semula jadi untuk merasakan bencana yang akan datang. Wikelski mengetuai projek penderiaan haiwan antarabangsa, ICARUS. Pengarang reka bentuk dan penyelidikan mendapat kemasyhuran apabila dia melampirkan suar GPS haiwan (4), besar dan kecil, untuk mengkaji pengaruh fenomena ke atas tingkah laku mereka. Para saintis telah menunjukkan, antara lain, bahawa peningkatan kehadiran bangau putih mungkin menunjukkan serangan belalang, dan lokasi serta suhu badan itik mallard mungkin menunjukkan penyebaran selesema burung di kalangan manusia.

4. Martin Wikelski dan bangau pemancar

Kini Wikelski menggunakan kambing untuk mengetahui sama ada terdapat sesuatu dalam teori kuno yang haiwan "tahu" tentang gempa bumi yang akan datang dan letusan gunung berapi. Sejurus selepas gempa bumi besar Norcia 2016 di Itali, Wikelski menyarung ternakan berhampiran pusat gempa untuk melihat sama ada mereka berkelakuan berbeza sebelum kejutan. Setiap kolar mengandungi kedua-duanya Peranti pengesan GPSseperti pecutan.

Dia kemudian menjelaskan bahawa dengan pemantauan 2 jam, adalah mungkin untuk mengenal pasti tingkah laku "normal" dan kemudian mencari kelainan. Wikelski dan pasukannya menyatakan bahawa haiwan itu meningkatkan pecutan mereka dalam beberapa jam sebelum gempa bumi melanda. Dia memerhatikan "tempoh amaran" dari 18 hingga XNUMX jam, bergantung pada jarak dari pusat gempa. Wikelski memohon paten untuk sistem amaran bencana berdasarkan tingkah laku kolektif haiwan berbanding garis dasar.

Meningkatkan kecekapan fotosintesis

Bumi hidup kerana ia tumbuh di seluruh dunia membebaskan oksigen sebagai hasil sampingan fotosintesisdan sebahagian daripadanya menjadi makanan tambahan yang berkhasiat. Walau bagaimanapun, fotosintesis tidak sempurna, walaupun berjuta-juta tahun evolusi. Penyelidik di Universiti Illinois telah mula berusaha untuk membetulkan kecacatan dalam fotosintesis, yang mereka percaya boleh meningkatkan hasil tanaman sehingga 40 peratus.

Mereka fokus pada satu proses yang dipanggil fotorespirasiyang bukan sebahagian daripada fotosintesis sebagai akibatnya. Seperti kebanyakan proses biologi, fotosintesis tidak selalu berfungsi dengan sempurna. Semasa fotosintesis, tumbuhan mengambil air dan karbon dioksida dan mengubahnya menjadi gula (makanan) dan oksigen. Tumbuhan tidak memerlukan oksigen, jadi ia dikeluarkan.

Para penyelidik mengasingkan enzim yang dipanggil ribulosa-1,5-bifosfat karboksilase/oksigenase (RuBisCO). Kompleks protein ini mengikat molekul karbon dioksida kepada ribulosa-1,5-bifosfat (RuBisCO). Selama berabad-abad, atmosfera bumi telah menjadi lebih teroksida, bermakna RuBisCO perlu berurusan dengan lebih banyak molekul oksigen bercampur dengan karbon dioksida. Dalam satu daripada empat kes, RuBisCO tersilap menangkap molekul oksigen, dan ini menjejaskan prestasi.

Disebabkan ketidaksempurnaan proses ini, tumbuh-tumbuhan dibiarkan dengan produk sampingan toksik seperti glikolat dan ammonia. Pemprosesan sebatian ini (melalui fotorespirasi) memerlukan tenaga, yang ditambah kepada kerugian akibat ketidakcekapan fotosintesis. Penulis kajian mencatatkan bahawa beras, gandum dan kacang soya adalah kekurangan kerana ini, dan RuBisCO menjadi kurang tepat apabila suhu meningkat. Ini bermakna apabila pemanasan global semakin meningkat, mungkin terdapat pengurangan bekalan makanan.

Penyelesaian ini adalah sebahagian daripada program yang dipanggil (RIPE) dan melibatkan pengenalan gen baharu yang menjadikan fotorespirasi lebih pantas dan lebih cekap tenaga. Pasukan itu membangunkan tiga laluan alternatif menggunakan urutan genetik baharu. Laluan ini telah dioptimumkan untuk 1700 spesies tumbuhan yang berbeza. Selama dua tahun, para saintis menguji urutan ini menggunakan tembakau yang diubah suai. Ia adalah tumbuhan biasa dalam sains kerana genomnya sangat difahami dengan baik. Lagi laluan yang cekap untuk fotorespirasi membolehkan tumbuhan menjimatkan sejumlah besar tenaga yang boleh digunakan untuk pertumbuhannya. Langkah seterusnya ialah memperkenalkan gen ke dalam tanaman makanan seperti kacang soya, kekacang, padi dan tomato.

Sel darah tiruan dan keratan gen

Penggodaman alam semula jadi ini akhirnya membawa kepada lelaki itu sendiri. Tahun lepas, saintis Jepun melaporkan bahawa mereka telah menghasilkan darah tiruan yang boleh digunakan pada mana-mana pesakit, tanpa mengira jenis darah, yang mempunyai beberapa aplikasi dalam kehidupan sebenar dalam perubatan trauma. Baru-baru ini, saintis telah membuat penemuan yang lebih besar dengan mencipta sel darah merah sintetik (5). Ini sel darah buatan mereka bukan sahaja menunjukkan sifat-sifat rakan semula jadi mereka, tetapi juga mempunyai keupayaan maju. Pasukan dari Universiti New Mexico, Sandia National Laboratory dan South China Polytechnic University telah mencipta sel darah merah yang bukan sahaja boleh membawa oksigen ke pelbagai bahagian badan, tetapi juga menghantar dadah, merasakan toksin dan melakukan tugas lain. .

5. Sel darah sintetik

Proses mencipta sel darah buatan ia dimulakan oleh sel semula jadi yang pertama kali disalut dengan lapisan nipis silika dan kemudian dengan lapisan polimer positif dan negatif. Silika kemudiannya terukir dan akhirnya permukaannya ditutup dengan membran eritrosit semula jadi. Ini telah membawa kepada penciptaan eritrosit tiruan yang mempunyai saiz, bentuk, cas dan protein permukaan yang serupa dengan yang sebenar.

Di samping itu, para penyelidik menunjukkan fleksibiliti sel darah yang baru terbentuk dengan menolaknya melalui jurang kecil dalam kapilari model. Akhirnya, apabila diuji pada tikus, tiada kesan sampingan toksik ditemui walaupun selepas 48 jam peredaran. Ujian memuatkan sel-sel ini dengan hemoglobin, ubat anti-kanser, penderia ketoksikan atau zarah nano magnetik untuk menunjukkan ia boleh membawa pelbagai jenis caj. Sel tiruan juga boleh bertindak sebagai umpan untuk patogen.

Penggodaman alam semula jadi ini akhirnya membawa kepada idea pembetulan genetik, penetapan dan kejuruteraan manusia, dan pembukaan antara muka otak untuk interaksi langsung antara otak.

Pada masa ini, terdapat banyak kebimbangan dan kebimbangan mengenai prospek pengubahsuaian genetik manusia. Hujah yang menyokong juga kuat, seperti teknik manipulasi genetik boleh membantu menghapuskan penyakit ini. Mereka boleh menghilangkan pelbagai bentuk kesakitan dan kebimbangan. Mereka boleh meningkatkan kecerdasan dan umur panjang manusia. Sesetengah orang berkata mereka boleh mengubah skala kebahagiaan dan produktiviti manusia dengan banyak urutan magnitud.

Kejuruteraan genetikjika akibat yang dijangkakan diambil serius, ia boleh dilihat sebagai peristiwa bersejarah, sama dengan letupan Cambrian, yang mengubah rentak evolusi. Apabila kebanyakan orang berfikir tentang evolusi, mereka memikirkan evolusi biologi melalui pemilihan semula jadi, tetapi ternyata, bentuk lain daripadanya boleh dibayangkan.

Bermula pada tahun XNUMX, orang ramai mula mengubah suai DNA tumbuhan dan haiwan (lihat juga: ), ciptaan makanan yang diubah suai secara genetikdan lain-lain. Pada masa ini, setengah juta kanak-kanak dilahirkan setiap tahun dengan bantuan IVF. Semakin banyak, proses ini juga termasuk penjujukan embrio untuk menyaring penyakit dan menentukan embrio yang paling berdaya maju (suatu bentuk kejuruteraan genetik, walaupun tanpa perubahan aktif sebenar pada genom).

Dengan kemunculan CRISPR dan teknologi serupa (6), kami telah melihat ledakan dalam penyelidikan untuk membuat perubahan sebenar kepada DNA. Pada 2018, He Jiankui mencipta kanak-kanak pertama yang diubah suai secara genetik di China, yang mana dia telah dihantar ke penjara. Isu ini kini menjadi topik perdebatan etika yang sengit. Pada 2017, Akademi Sains Kebangsaan AS dan Akademi Perubatan Kebangsaan meluluskan konsep penyuntingan genom manusia, tetapi hanya "selepas mencari jawapan kepada soalan keselamatan dan prestasi" dan "hanya dalam kes penyakit serius dan di bawah pengawasan rapi. "

Sudut pandangan "bayi pereka", iaitu, mereka bentuk orang dengan memilih ciri-ciri yang sepatutnya dimiliki oleh seorang kanak-kanak, menimbulkan kontroversi. Ini adalah tidak diingini kerana dipercayai hanya mereka yang kaya dan bernasib baik akan mendapat akses kepada kaedah tersebut. Walaupun reka bentuk sedemikian secara teknikalnya mustahil untuk masa yang lama, ia akan menjadi manipulasi genetik mengenai penghapusan gen untuk kecacatan dan penyakit tidak dinilai dengan jelas. Sekali lagi, seperti yang dikhuatiri ramai, ini hanya akan tersedia kepada segelintir yang terpilih.

Walau bagaimanapun, ini tidak semudah potongan dan pemasukan butang seperti yang dibayangkan oleh mereka yang biasa dengan CRISPR terutamanya daripada ilustrasi dalam akhbar. Banyak ciri-ciri manusia dan mudah terdedah kepada penyakit tidak dikawal oleh satu atau dua gen. Penyakit berkisar dari mempunyai satu gen, mewujudkan keadaan untuk beribu-ribu pilihan risiko, meningkatkan atau mengurangkan kerentanan terhadap faktor persekitaran. Walau bagaimanapun, walaupun banyak penyakit, seperti kemurungan dan diabetes, adalah poligenik, malah hanya memotong gen individu sering membantu. Sebagai contoh, Verve sedang membangunkan terapi gen yang mengurangkan kelaziman penyakit kardiovaskular, salah satu punca utama kematian di seluruh dunia. edisi genom yang agak kecil.

Untuk tugas yang kompleks, dan salah satunya asas poligenik penyakit, penggunaan kecerdasan buatan baru-baru ini menjadi resipi. Ia berdasarkan syarikat seperti yang mula menawarkan ibu bapa penilaian risiko poligenik. Selain itu, set data genomik terjujukan semakin besar dan lebih besar (sesetengahnya dengan lebih sejuta genom terjujukan), yang akan meningkatkan ketepatan model pembelajaran mesin dari semasa ke semasa.

rangkaian otak

Dalam bukunya, Miguel Nicolelis, salah seorang perintis apa yang kini dikenali sebagai "penggodaman otak," memanggil komunikasi masa depan manusia, peringkat seterusnya dalam evolusi spesies kita. Dia menjalankan penyelidikan di mana dia menyambungkan otak beberapa tikus menggunakan elektrod implan canggih yang dikenali sebagai antara muka otak-otak.

Nicolelis dan rakan-rakannya menyifatkan pencapaian itu sebagai "komputer organik" pertama dengan otak hidup yang dihubungkan bersama seolah-olah ia adalah pelbagai mikropemproses. Haiwan dalam rangkaian ini telah belajar untuk menyegerakkan aktiviti elektrik sel saraf mereka dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan dalam mana-mana otak individu. Otak rangkaian telah diuji untuk perkara seperti keupayaannya untuk membezakan antara dua corak rangsangan elektrik yang berbeza, dan ia biasanya mengatasi haiwan individu. Jika otak tikus yang saling berkaitan adalah "lebih pintar" daripada mana-mana haiwan tunggal, bayangkan keupayaan superkomputer biologi yang disambungkan oleh otak manusia. Rangkaian sedemikian boleh membolehkan orang ramai bekerja merentasi halangan bahasa. Juga, jika keputusan kajian tikus adalah betul, rangkaian otak manusia boleh meningkatkan prestasi, atau begitulah nampaknya.

Terdapat percubaan baru-baru ini, juga disebut dalam halaman MT, yang melibatkan pengumpulan aktiviti otak rangkaian kecil orang. Tiga orang yang duduk di bilik berbeza bekerjasama untuk mengorientasikan blok dengan betul supaya ia dapat merapatkan jurang antara blok lain dalam permainan video seperti Tetris. Dua orang yang bertindak sebagai "penghantar," dengan electroencephalographs (EEGs) di kepala mereka yang merekodkan aktiviti elektrik otak mereka, melihat jurang itu dan mengetahui sama ada blok itu perlu diputar agar sesuai. Orang ketiga, bertindak sebagai "penerima", tidak tahu penyelesaian yang betul dan terpaksa bergantung pada arahan yang dihantar terus dari otak pengirim. Sebanyak lima kumpulan orang telah diuji dengan rangkaian ini, yang dipanggil "BrainNet" (7), dan secara purata mereka mencapai ketepatan lebih 80% pada tugas itu.

7. Foto daripada eksperimen BrainNet

Untuk menyukarkan lagi keadaan, penyelidik kadangkala menambahkan bunyi pada isyarat yang dihantar oleh salah seorang penghantar. Menghadapi arahan yang bercanggah atau samar-samar, penerima dengan cepat belajar mengenal pasti dan mengikut arahan pengirim yang lebih tepat. Para penyelidik menyatakan bahawa ini adalah laporan pertama bahawa banyak otak orang telah disambungkan dengan cara yang tidak invasif sepenuhnya. Mereka berpendapat bahawa bilangan orang yang otaknya boleh dirangkaikan secara praktikalnya tidak terhad. Mereka juga mencadangkan penghantaran maklumat menggunakan kaedah bukan invasif boleh dipertingkatkan dengan pengimejan aktiviti otak serentak (fMRI), kerana ini berpotensi meningkatkan jumlah maklumat yang boleh disampaikan oleh penyiar. Walau bagaimanapun, fMRI bukanlah prosedur yang mudah, dan ia akan merumitkan tugas yang sudah amat sukar. Para penyelidik juga membuat spekulasi bahawa isyarat itu boleh disasarkan ke kawasan tertentu otak untuk mencetuskan kesedaran kandungan semantik tertentu dalam otak penerima.

Pada masa yang sama, alat untuk sambungan otak yang lebih invasif dan mungkin lebih cekap sedang berkembang pesat. Elon Musk baru-baru ini mengumumkan pembangunan implan BCI yang mengandungi elektrod XNUMX untuk membolehkan komunikasi luas antara komputer dan sel saraf di dalam otak. (DARPA) telah membangunkan antara muka saraf implan yang mampu menembak sejuta sel saraf secara serentak. Walaupun modul BCI ini tidak direka khusus untuk saling beroperasi otak-otaktidak sukar untuk membayangkan bahawa ia boleh digunakan untuk tujuan tersebut.

Selain perkara di atas, terdapat satu lagi pemahaman tentang "biohacking", yang bergaya terutamanya di Silicon Valley dan terdiri daripada pelbagai jenis prosedur kesihatan dengan asas saintifik yang kadangkala meragukan. Antaranya adalah pelbagai diet dan teknik senaman, serta termasuk. pemindahan darah muda, serta implantasi cip subkutan. Dalam kes ini, orang kaya memikirkan sesuatu seperti "kematian penggodaman" atau usia tua. Setakat ini, tiada bukti yang meyakinkan bahawa kaedah yang mereka gunakan boleh memanjangkan hayat dengan ketara, apatah lagi keabadian yang diimpikan oleh sesetengah orang.