Náttúruhakk

Náttúran sjálf getur kennt okkur hvernig á að brjótast inn í náttúruna, eins og býflugurnar, sem Mark Mescher og Consuelo De Moraes frá ETH í Zürich bentu á að þær narta af sérfræðiþekkingu í laufblöð til að „hvetja“ plöntur til að blómstra.

Athyglisvert er að tilraunir til að endurtaka þessar skordýrameðferðir með aðferðum okkar hafa ekki borið árangur og vísindamenn velta því nú fyrir sér hvort leyndarmálið að áhrifaríkum skordýraskemmdum á laufblöðum liggi í því einstaka mynstri sem þau nota, eða kannski í innleiðingu sumra efna af býflugunum. Á öðrum lífhökkunarreitir hins vegar gengur okkur betur.

Til dæmis uppgötvuðu verkfræðingar nýlega hvernig breyta spínati í skynjunarkerfi umhverfisinssem getur varað þig við tilvist sprengiefna. Árið 2016, efnaverkfræðingur Ming Hao Wong og teymi hans við MIT ígræddu kolefnis nanórör í spínatblöð. Ummerki um sprengiefnisem plöntan gleypti í gegnum loftið eða grunnvatnið, gerði nanórör gefa frá sér flúrljómandi merki. Til að ná slíku merki frá verksmiðjunni var lítilli innrauðri myndavél beint á laufblaðið og fest við Raspberry Pi flís. Þegar myndavélin fann merki kveikti hún í tölvupósti. Eftir að hafa þróað nanóskynjara í spínati, byrjaði Wong að þróa önnur forrit fyrir tæknina, sérstaklega í landbúnaði til að vara við þurrkum eða meindýrum.

fyrirbærið lífljómun, til dæmis. í smokkfiskum, marglyttum og öðrum sjávardýrum. Franski hönnuðurinn Sandra Rey kynnir lífljómun sem náttúrulegan lýsingu, það er að segja að búa til „lifandi“ ljósker sem gefa frá sér ljós án rafmagns (2). Ray er stofnandi og forstjóri Glowee, líflýsisljósafyrirtækis. Hann spáir því að einn daginn muni þeir geta leyst hefðbundna rafgötulýsingu af hólmi.

2. Glowee Lighting Visualization

Fyrir framleiðslu ljóss taka Glowee tæknimenn þátt lífljómunargen fengnar úr Hawaiian smokkfiski í E. coli bakteríur, og síðan rækta þeir þessar bakteríur. Með því að forrita DNA geta verkfræðingar stjórnað lit ljóssins þegar það slekkur og kveikir á því, auk margra annarra breytinga. Þessar bakteríur þarf augljóslega að hlúa að og fæða til að halda lífi og geislandi og því vinnur fyrirtækið að því að halda ljósinu lengur kveikt. Í augnablikinu, segir Rei hjá Wired, eru þeir með eitt kerfi sem hefur verið í gangi í sex daga. Núverandi takmarkaður líftími innréttinganna þýðir að þeir henta aðallega fyrir viðburði eða hátíðir um þessar mundir.

Gæludýr með rafrænum bakpoka

Þú getur horft á skordýr og reynt að líkja eftir þeim. Þú getur líka reynt að „hakka“ þá og notað þau sem... litlu dróna. Humlur eru búnar „bakpokum“ með skynjurum, eins og þeim sem bændur nota til að fylgjast með túnum sínum (3). Vandamálið með ördróna er kraftur. Það er ekkert slíkt vandamál með skordýr. Þeir fljúga sleitulaust. Verkfræðingar hlóðu „farangurinn“ sinn með skynjurum, minni fyrir gagnageymslu, móttakara fyrir staðsetningarmælingu og rafhlöðum til að knýja rafeindatækni (þ.e. mun minni afkastagetu) - allt vó 102 milligrömm. Þegar skordýrin stunda daglegar athafnir mæla skynjarar hitastig og rakastig og staðsetning þeirra er rakin með útvarpsmerki. Eftir að komið er aftur í bústaðinn er gögnum hlaðið niður og rafhlaðan er þráðlaus hlaðin. Hópur vísindamanna kallar tækni sína Living IoT.

3. Live IoT, sem er humla með rafeindakerfi á bakinu

Dýrafræðingur við Max Planck stofnunina fyrir fuglafræði. Martin Wikelski ákvað að prófa þá almennu trú að dýr hafi meðfæddan hæfileika til að skynja yfirvofandi hamfarir. Wikelski leiðir alþjóðlega dýraskynjunarverkefnið, ICARUS. Höfundur hönnunarinnar og rannsóknarinnar vakti frægð þegar hann viðhengi GPS leiðarljós dýr (4), bæði stór og smá, til að rannsaka áhrif fyrirbæra á hegðun þeirra. Vísindamenn hafa meðal annars sýnt fram á að aukin tilvist hvíts storks gæti verið vísbending um engisprettu og staðsetning og líkamshiti æðarönda gæti bent til útbreiðslu fuglainflúensu meðal manna.

4. Martin Wikelski og sendistorkurinn

Nú notar Wikelski geitur til að komast að því hvort eitthvað sé til í hinum fornu kenningum um að dýr „viti“ um yfirvofandi jarðskjálfta og eldgos. Strax eftir gríðarlega Norcia jarðskjálftann á Ítalíu árið 2016 greip Wikelski búfé nálægt skjálftamiðjunni til að sjá hvort þeir hegðuðu sér öðruvísi fyrir áföllin. Hver kraga innihélt hvort tveggja GPS mælingartækieins og hröðunarmælir.

Síðar útskýrði hann að með slíku eftirliti allan sólarhringinn væri hægt að ákvarða „eðlilega“ hegðun og síðan leitað að frávikum. Wikelski og teymi hans bentu á að dýrin juku hröðun sína á klukkustundum áður en jarðskjálftinn reið yfir. Hann fylgdist með „viðvörunartímabilum“ frá 2 til 18 klukkustundum, allt eftir fjarlægð frá skjálftamiðjunni. Wikelski sækir um einkaleyfi fyrir hamfaraviðvörunarkerfi sem byggir á sameiginlegri hegðun dýra miðað við grunnlínu.

Bættu skilvirkni ljóstillífunar

Jörðin lifir vegna þess að hún gróðursetur um allan heim losa súrefni sem aukaafurð ljóstillífunarog sumar þeirra verða næringarríkari matvæli. Hins vegar er ljóstillífun ófullkomin, þrátt fyrir margra milljóna ára þróun. Vísindamenn við háskólann í Illinois hafa hafið vinnu við að leiðrétta galla í ljóstillífun, sem þeir telja að gæti aukið uppskeru uppskeru um allt að 40 prósent.

Þeir lögðu áherslu á ferli sem kallast ljósöndunsem er ekki svo mikið hluti af ljóstillífun heldur afleiðing þess. Eins og mörg líffræðileg ferli, virkar ljóstillífun ekki alltaf fullkomlega. Við ljóstillífun taka plöntur til sín vatn og koltvísýring og breyta því í sykur (mat) og súrefni. Plöntur þurfa ekki súrefni, svo það er fjarlægt.

Rannsakendur einangruðu ensím sem kallast ríbúlósi-1,5-bisfosfat karboxýlasa/oxýgenasa (RuBisCO). Þessi próteinkomplex bindur koltvísýringssameind við ríbúlósa-1,5-bisfosfat (RuBisCO). Í gegnum aldirnar hefur andrúmsloft jarðar orðið meira oxað, sem þýðir að RuBisCO þarf að takast á við fleiri súrefnissameindir blönduð koltvísýringi. Í einu af hverjum fjórum tilfellum fangar RuBisCO fyrir mistök súrefnissameind og það hefur áhrif á frammistöðu.

Vegna ófullkomleika þessa ferlis eru plöntur eftir með eitraðar aukaafurðir eins og glýkólat og ammoníak. Vinnsla þessara efnasambanda (með ljósöndun) krefst orku, sem bætist við tapið sem stafar af óhagkvæmni ljóstillífunar. Höfundar rannsóknarinnar benda á að það sé skortur á hrísgrjónum, hveiti og sojabaunum vegna þessa og RuBisCO verður enn minna nákvæmt eftir því sem hitastigið hækkar. Þetta þýðir að þegar hlýnun jarðar ágerist getur dregið úr matarbirgðum.

Þessi lausn er hluti af forriti sem kallast (RIPE) og felur í sér innleiðingu nýrra gena sem gera ljósöndun hraðari og orkunýtnari. Hópurinn þróaði þrjár aðrar leiðir með því að nota nýju erfðafræðilegu röðina. Þessar leiðir hafa verið fínstilltar fyrir 1700 mismunandi plöntutegundir. Í tvö ár prófuðu vísindamennirnir þessar raðir með breyttu tóbaki. Það er algeng planta í vísindum vegna þess að erfðamengi hennar er einstaklega vel skilið. Meira skilvirkar leiðir fyrir ljósöndun leyfa plöntum að spara umtalsvert magn af orku sem hægt er að nota til vaxtar þeirra. Næsta skref er að koma genum inn í matvælaræktun eins og sojabaunir, baunir, hrísgrjón og tómata.

Gervi blóðfrumur og genaklippur

Náttúruhakk þetta leiðir að lokum til mannsins sjálfs. Á síðasta ári greindu japanskir ​​vísindamenn frá því að þeir hefðu þróað gerviblóð sem hægt er að nota á hvaða sjúkling sem er, óháð blóðflokki, sem hefur nokkra raunverulega notkun í áfallalækningum. Nýlega hafa vísindamenn gert enn stærra bylting með því að búa til tilbúin rauð blóðkorn (5). Þessar gervi blóðkorn þeir sýna ekki aðeins eiginleika náttúrulegra hliðstæða þeirra, heldur hafa þeir einnig aukna getu. Hópur frá háskólanum í Nýju Mexíkó, Sandia National Laboratory og South China Polytechnic University hafa búið til rauð blóðkorn sem geta ekki aðeins flutt súrefni til ýmissa hluta líkamans, heldur einnig skilað lyfjum, skynjað eiturefni og framkvæmt önnur verkefni. .

5. Tilbúið blóðkorn

Ferlið við að búa til gervi blóðfrumur það var komið af stað með náttúrulegum frumum sem voru fyrst húðaðar með þunnu lagi af kísil og síðan með lögum af jákvæðum og neikvæðum fjölliðum. Síðan er kísilinn ætaður og að lokum er yfirborðið þakið náttúrulegum rauðkornahimnum. Þetta hefur leitt til þess að gervirauðkorn hafa orðið til með stærð, lögun, hleðslu og yfirborðsprótein svipuð og raunveruleg.

Að auki sýndu vísindamennirnir fram á sveigjanleika nýmyndaðra blóðfrumna með því að ýta þeim í gegnum örsmáar eyður í líkanháræðum. Að lokum, þegar prófað var á músum, fundust engar eitraðar aukaverkanir jafnvel eftir 48 klukkustunda blóðrás. Prófanir hlaða þessar frumur með blóðrauða, krabbameinslyfjum, eiturhrifaskynjurum eða segulmagnuðum nanóögnum til að sýna að þær gætu borið mismunandi gerðir af hleðslu. Gervifrumur geta einnig virkað sem beita fyrir sýkla.

Náttúruhakk þetta leiðir að lokum til hugmyndarinnar um erfðaleiðréttingu, lagfæringu og verkfræði manna, og opnun heilaviðmóta fyrir bein samskipti milli heila.

Eins og er, er mikill kvíði og áhyggjur vegna möguleika á erfðabreytingum manna. Rökin í þágu eru líka sterk, eins og að tækni með erfðafræðilegri meðferð geti hjálpað til við að útrýma sjúkdómnum. Þeir geta útrýmt margs konar sársauka og kvíða. Þeir geta aukið greind fólks og langlífi. Sumir ganga svo langt að segja að þeir geti breytt umfangi mannlegrar hamingju og framleiðni í mörgum stærðargráðum.

Erfðatæknief væntanlegar afleiðingar hennar væru teknar alvarlega mætti ​​líta á það sem sögulegan atburð, jafnt og Kambríusprengingunni, sem breytti hraða þróunarinnar. Þegar flestir hugsa um þróun hugsa þeir um líffræðilega þróun í gegnum náttúruval, en eins og það kemur í ljós má ímynda sér aðrar gerðir hennar.

Frá og með XNUMXs byrjaði fólk að breyta DNA plantna og dýra (sjá einnig: ), sköpun erfðabreytt matvælio.fl. Eins og er fæðast hálf milljón barna á hverju ári með hjálp glasafrjóvgunar. Í auknum mæli fela þessi ferli einnig í sér raðgreiningu fósturvísa til að skima fyrir sjúkdómum og ákvarða lífvænlegasta fósturvísinn (eins konar erfðatækni, þó án raunverulegra virkra breytinga á erfðamenginu).

Með tilkomu CRISPR og svipaðrar tækni (6) höfum við séð uppsveiflu í rannsóknum á því að gera raunverulegar breytingar á DNA. Árið 2018 skapaði He Jiankui fyrstu erfðabreyttu börnin í Kína, sem hann var sendur í fangelsi fyrir. Þetta mál er nú háð harðri siðferðilegri umræðu. Árið 2017 samþykktu bandaríska þjóðvísindaakademían og læknaakademían hugmyndina um klippingu á erfðamengi mannsins, en aðeins „eftir að hafa fundið svör við spurningum um öryggi og frammistöðu“ og „aðeins þegar um alvarlega sjúkdóma er að ræða og undir nánu eftirliti. "

Sjónarmið „hönnuðarbarna“, það er að hanna fólk með því að velja þá eiginleika sem barn á að hafa til að fæðast, veldur deilum. Þetta er óæskilegt þar sem talið er að aðeins auðmenn og forréttindamenn hafi aðgang að slíkum aðferðum. Jafnvel þótt slík hönnun sé tæknilega ómöguleg í langan tíma, mun hún jafnvel vera það erfðameðferð varðandi eyðingu gena fyrir galla og sjúkdóma eru ekki skýrt metin. Aftur, eins og margir óttast, mun þetta aðeins vera í boði fyrir fáa útvalda.

Hins vegar er þetta ekki eins einfalt klipping og innlimun hnappa og þeir sem þekkja CRISPR aðallega frá myndskreytingum í blöðum ímynda sér. Mörg mannleg einkenni og næmi fyrir sjúkdómum er ekki stjórnað af einu eða tveimur genum. Sjúkdómar eru allt frá með eitt gen, skapa aðstæður fyrir mörg þúsund áhættuvalkosta, auka eða minnka næmi fyrir umhverfisþáttum. Hins vegar, þó að margir sjúkdómar, eins og þunglyndi og sykursýki, séu fjölgena, hjálpar það oft að skera út einstök gen. Til dæmis er Verve að þróa genameðferð sem dregur úr tíðni hjarta- og æðasjúkdóma, sem er ein helsta dánarorsök um allan heim. tiltölulega litlar útgáfur af erfðamenginu.

Fyrir flókin verkefni, og eitt þeirra fjölgena grundvöllur sjúkdóms, notkun gervigreindar hefur nýlega orðið uppskrift. Það er byggt á fyrirtækjum eins og því sem fór að bjóða foreldrum fjölgena áhættumat. Að auki verða raðgreind erfðafræðileg gagnasöfn stærri og stærri (sum með yfir milljón erfðamengi raðgreind), sem mun auka nákvæmni vélanámslíkana með tímanum.

heilanet

Í bók sinni kallaði Miguel Nicolelis, einn af frumkvöðlum þess sem nú er þekktur sem „heilabrjótur“, samskipti framtíð mannkyns, næsta stig í þróun tegundar okkar. Hann gerði rannsóknir þar sem hann tengdi heila nokkurra rotta með því að nota háþróuð ígrædd rafskaut sem kallast heila-heila tengi.

Nicolelis og samstarfsmenn hans lýstu afrekinu sem fyrstu "lífrænu tölvunni" með lifandi heila tengda saman eins og þeir væru margir örgjörvar. Dýrin í þessu neti hafa lært að samstilla rafvirkni taugafrumna sinna á sama hátt og þau gera í hverjum einstökum heila. Netheilinn hefur verið prófaður fyrir hlutum eins og getu hans til að greina á milli tveggja mismunandi mynstur rafáreita, og þeir standa sig yfirleitt betur en einstök dýr. Ef samtengdur heili rotta er "snjallari" en nokkurs einstaks dýrs, ímyndaðu þér þá getu líffræðilegrar ofurtölvu sem er samtengd með mannsheila. Slíkt net gæti gert fólki kleift að vinna þvert á tungumálahindranir. Einnig, ef niðurstöður rotturannsóknarinnar eru réttar, gæti nettenging mannsheilans bætt afköst, eða svo virðist.

Nýlegar tilraunir hafa verið gerðar, einnig nefndar á síðum MT, sem fólu í sér að sameina heilavirkni lítils nets fólks. Þrír einstaklingar sem sátu í mismunandi herbergjum unnu saman að því að stilla blokkina rétt þannig að hún gæti brúað bilið á milli annarra blokka í Tetris-líkum tölvuleik. Tveir einstaklingar sem virkuðu sem „sendar“ með rafheilarit (EEG) á höfðinu sem skráði rafvirkni heilans, sáu bilið og vissu hvort snúa þyrfti kubbnum til að passa. Þriðji aðilinn, sem gegndi hlutverki "móttakanda", vissi ekki réttu lausnina og þurfti að reiða sig á leiðbeiningar sendar beint frá heila sendenda. Alls voru fimm hópar fólks prófaðir með þessu neti, sem kallast "BrainNet" (7), og náðu þeir að meðaltali yfir 80% nákvæmni í verkefninu.

7. Mynd úr BrainNet tilrauninni

Til að gera hlutina erfiðari bættu rannsakendur stundum hávaða við merkið sem einn sendandinn sendi. Frammi fyrir misvísandi eða óljósum leiðbeiningum lærðu viðtakendur fljótt að bera kennsl á og fylgja nákvæmari leiðbeiningum sendandans. Rannsakendur benda á að þetta sé fyrsta skýrslan um að heili margra hafi verið tengdur á algjörlega óárásargjarnan hátt. Þeir halda því fram að fjöldi fólks sem hægt er að tengja heilann á sé nánast ótakmarkaður. Þeir benda einnig til þess að hægt sé að bæta upplýsingasendingu með aðferðum sem ekki eru ífarandi með samtímis heilavirknimyndgreiningu (fMRI), þar sem það eykur hugsanlega magn upplýsinga sem útvarpsstöð getur miðlað. Hins vegar er fMRI ekki auðveld aðferð og það mun flækja þegar mjög erfitt verkefni. Rannsakendur velta því einnig fyrir sér að hægt sé að miða merkinu á ákveðin svæði heilans til að vekja athygli á tilteknu merkingarfræðilegu efni í heila viðtakandans.

Á sama tíma eru verkfæri fyrir ífarandi og hugsanlega skilvirkari heilatengingu í örri þróun. Elon Musk tilkynnti nýlega þróun BCI ígræðslu sem inniheldur XNUMX rafskaut til að gera víðtæk samskipti á milli tölva og taugafrumna í heilanum. (DARPA) hefur þróað ígræðanlegt taugaviðmót sem getur samtímis kveikt milljón taugafrumur. Þó að þessar BCI einingar hafi ekki verið sérstaklega hönnuð til að vinna saman heila-heilaþað er ekki erfitt að ímynda sér að hægt sé að nota þau í slíkum tilgangi.

Til viðbótar við ofangreint er annar skilningur á „biohacking“, sem er í tísku, sérstaklega í Silicon Valley og felst í ýmsum tegundum vellíðunaraðgerða með stundum vafasömum vísindalegum grunni. Þar á meðal eru ýmsar megrunarkúrar og æfingartækni, auk þ.m.t. gjöf á ungu blóði, auk ígræðslu á flögum undir húð. Í þessu tilviki hugsa auðmenn um eitthvað eins og "hakk dauða" eða elli. Enn sem komið er eru engar sannfærandi sannanir fyrir því að aðferðirnar sem þeir nota geti lengt lífið verulega, svo ekki sé minnst á ódauðleikann sem suma dreymir um.