Gamtos įsilaužimas

Pati gamta gali išmokyti mus, kaip įsilaužti į gamtą, pavyzdžiui, bites, kurias Markas Mescheris ir Consuelo De Moraesas iš ETH Ciuriche pažymėjo, kad jie meistriškai graužia lapus, kad „skatintų“ augalus žydėti.

Įdomu tai, kad bandymai atkartoti šiuos vabzdžių gydymo būdus mūsų metodais buvo nesėkmingi, o dabar mokslininkams kyla klausimas, ar veiksmingo vabzdžių lapų pažeidimo paslaptis slypi jų naudojamuose unikaliuose modeliuose, o gal tam, kad bitės įneša kai kurių medžiagų. Ant kitų biologinio įsilaužimo laukai tačiau mums sekasi geriau.

Pavyzdžiui, inžinieriai neseniai atrado, kaip paversti špinatus aplinkos jutimo sistemomiskurie gali jus įspėti apie sprogmenų buvimą. 2016 metais chemijos inžinierius Ming Hao Wongas ir jo komanda MIT persodino anglies nanovamzdelius į špinatų lapus. sprogmenų pėdsakųkuriuos augalas absorbavo per orą ar požeminį vandenį, pagamino nanovamzdelius skleisti fluorescencinį signalą. Norint užfiksuoti tokį signalą iš gamyklos, į lapą buvo nukreipta nedidelė infraraudonųjų spindulių kamera ir pritvirtinta prie Raspberry Pi lusto. Kai kamera aptiko signalą, ji suaktyvino įspėjimą el. paštu. Sukūręs nanojutiklius špinatuose, Wongas pradėjo kurti kitus šios technologijos pritaikymus, ypač žemės ūkyje, kad įspėtų apie sausrą ar kenkėjus.

pavyzdžiui, bioliuminescencijos reiškinys. kalmaruose, medūzose ir kitose jūros būtybėse. Prancūzų dizainerė Sandra Rey bioliuminescenciją pristato kaip natūralų apšvietimo būdą, tai yra „gyvų“ žibintų, skleidžiančių šviesą be elektros, kūrimą (2). Ray yra bioliuminescencinio apšvietimo įmonės „Glowee“ įkūrėjas ir generalinis direktorius. Jis prognozuoja, kad vieną dieną jie galės pakeisti įprastą elektrinį gatvių apšvietimą.

2. Glowee apšvietimo vizualizacija

Šviesos gamyboje dalyvauja „Glowee“ technikai bioliuminescencijos genas gautų iš Havajų sepijų į E. coli bakterijas, o vėliau šios bakterijos augina. Programuodami DNR, inžinieriai gali valdyti šviesos spalvą, kai ji išsijungia ir įsijungia, taip pat daugybę kitų modifikacijų. Akivaizdu, kad šias bakterijas reikia prižiūrėti ir maitinti, kad jos išliktų gyvos ir spindėtų, todėl įmonė stengiasi, kad šviesa degtų ilgiau. Šiuo metu, sako Rei iš Wired, jie turi vieną sistemą, kuri veikia šešias dienas. Dabartinė ribota šviestuvų naudojimo trukmė reiškia, kad šiuo metu jie dažniausiai tinka renginiams ar festivaliams.

Gyvūnai su elektroninėmis kuprinėmis

Galite stebėti vabzdžius ir bandyti juos mėgdžioti. Taip pat galite pabandyti juos „nulaužti“ ir naudoti kaip… miniatiūriniai dronai. Kamanės aprūpintos „kuprinėmis“ su jutikliais, tokiais kaip ūkininkai stebi savo laukus (3). Mikrodronų problema yra galia. Su vabzdžiais tokios problemos nėra. Jie nenuilstamai skraido. Inžinieriai savo „bagažą“ pasikrovė jutikliais, atmintimi duomenims saugoti, vietos sekimo imtuvais ir elektronikos maitinimo baterijomis (tai yra daug mažesnės talpos) – visa tai sveria 102 miligramus. Vabzdžiams atliekant kasdienę veiklą, jutikliai matuoja temperatūrą ir drėgmę, o jų padėtis sekama radijo signalu. Grįžus į avilį, duomenys atsisiunčiami ir akumuliatorius įkraunamas belaidžiu būdu. Mokslininkų komanda savo technologiją vadina „Living IoT“.

3. „Live IoT“ – tai kamanė su elektronine sistema ant nugaros

Maxo Plancko ornitologijos instituto zoologas. Martinas Wikelskis nusprendė patikrinti populiarų įsitikinimą, kad gyvūnai turi įgimtą gebėjimą pajusti artėjančias nelaimes. Wikelskis vadovauja tarptautiniam gyvūnų jutimo projektui ICARUS. Projekto ir tyrimo autorius išgarsėjo, kai prisidėjo GPS švyturiai gyvūnų (4), tiek didelių, tiek mažų, siekiant ištirti reiškinių įtaką jų elgesiui. Mokslininkai, be kita ko, parodė, kad padidėjęs baltųjų gandrų buvimas gali rodyti skėrių užkrėtimą, o didžiųjų ančių vieta ir kūno temperatūra gali rodyti paukščių gripo plitimą tarp žmonių.

4. Martinas Wikelskis ir siųstuvas gandras

Dabar Wikelskis naudoja ožkas, kad išsiaiškintų, ar senovės teorijose yra kažkas, ką gyvūnai „žino“ apie artėjančius žemės drebėjimus ir ugnikalnių išsiveržimus. Iškart po didžiulio 2016 metų Norcia žemės drebėjimo Italijoje, Wikelskis netoli epicentro uždėjo antkaklius gyvuliams, kad pamatytų, ar jie elgėsi kitaip prieš sukrėtimus. Kiekvienoje apykaklėje buvo abu GPS sekimo įrenginyskaip akselerometras.

Vėliau jis paaiškino, kad atliekant tokį stebėjimą visą parą, galima nustatyti „normalų“ elgesį ir tada ieškoti nukrypimų. Wikelskis ir jo komanda pažymėjo, kad gyvūnai padidino savo pagreitį likus valandoms iki žemės drebėjimo. Jis stebėjo „perspėjimo periodus“ nuo 2 iki 18 valandų, priklausomai nuo atstumo nuo epicentro. Wikelskis kreipiasi dėl perspėjimo apie nelaimes sistemos, pagrįstos kolektyviniu gyvūnų elgesiu, palyginti su pradine linija, patento.

Pagerinkite fotosintezės efektyvumą

Žemė gyvena, nes ji auga visame pasaulyje išskiria deguonį kaip šalutinį fotosintezės produktąo kai kurie iš jų tampa papildomu maistingu maistu. Tačiau fotosintezė yra netobula, nepaisant daugelio milijonų metų evoliucijos. Ilinojaus universiteto mokslininkai pradėjo darbą, siekdami ištaisyti fotosintezės defektus, kurie, jų nuomone, gali padidinti pasėlių derlių iki 40 procentų.

Jie sutelkė dėmesį į procesas vadinamas fotokvėpavimukuri yra ne tiek fotosintezės dalis, kiek jos pasekmė. Kaip ir daugelis biologinių procesų, fotosintezė ne visada veikia tobulai. Fotosintezės metu augalai pasisavina vandenį ir anglies dioksidą ir paverčia juos cukrumi (maistu) ir deguonimi. Augalams deguonies nereikia, todėl jis pašalinamas.

Tyrėjai išskyrė fermentą, vadinamą ribulozės-1,5-bisfosfato karboksilaze / oksigenaze (RuBisCO). Šis baltymų kompleksas sujungia anglies dioksido molekulę su ribulozės-1,5-bisfosfatu (RuBisCO). Per šimtmečius Žemės atmosfera labiau oksidavosi, o tai reiškia, kad RuBisCO turi susidoroti su daugiau deguonies molekulių, sumaišytų su anglies dioksidu. Vienu iš keturių atvejų RuBisCO per klaidą užfiksuoja deguonies molekulę ir tai turi įtakos veikimui.

Dėl šio proceso netobulumo augaluose lieka toksiškų šalutinių produktų, tokių kaip glikolatas ir amoniakas. Šių junginių apdorojimas (per fotokvėpavimą) reikalauja energijos, kuri pridedama prie nuostolių, atsirandančių dėl fotosintezės neefektyvumo. Tyrimo autoriai pastebi, kad dėl to trūksta ryžių, kviečių ir sojų pupelių, o kylant temperatūrai RuBisCO tampa dar mažiau tikslus. Tai reiškia, kad stiprėjant visuotiniam atšilimui gali sumažėti maisto atsargos.

Šis sprendimas yra programos, vadinamos (RIPE), dalis ir apima naujų genų įdiegimą, kurie pagreitina fotokvėpavimą ir taupo energiją. Komanda sukūrė tris alternatyvius būdus, naudodama naujas genetines sekas. Šie keliai buvo optimizuoti 1700 skirtingų augalų rūšių. Dvejus metus mokslininkai išbandė šias sekas naudodami modifikuotą tabaką. Tai paplitęs augalas moksle, nes jo genomas yra ypač gerai suprantamas. Daugiau veiksmingi fotokvėpavimo būdai leidžia augalams sutaupyti daug energijos, kurią galima panaudoti jų augimui. Kitas žingsnis – genų įvedimas į maistines kultūras, tokias kaip sojos pupelės, pupelės, ryžiai ir pomidorai.

Dirbtinės kraujo ląstelės ir genų iškarpos

Gamtos įsilaužimas tai galiausiai veda prie paties žmogaus. Praėjusiais metais Japonijos mokslininkai pranešė, kad sukūrė dirbtinį kraują, kuris gali būti naudojamas bet kuriam pacientui, nepaisant kraujo grupės, ir kuris turi keletą realių pritaikymų traumų medicinoje. Neseniai mokslininkai padarė dar didesnį proveržį, sukurdami sintetinius raudonuosius kraujo kūnelius (5). Šie dirbtinių kraujo kūnelių jie ne tik parodo savo natūralių kolegų savybes, bet ir turi pažangių galimybių. Naujosios Meksikos universiteto, Sandijos nacionalinės laboratorijos ir Pietų Kinijos politechnikos universiteto komanda sukūrė raudonuosius kraujo kūnelius, kurie gali ne tik pernešti deguonį į įvairias kūno dalis, bet ir tiekti vaistus, pajusti toksinus ir atlikti kitas užduotis. .

5. Sintetinė kraujo ląstelė

Dirbtinių kraujo kūnelių kūrimo procesas jį inicijavo natūralios ląstelės, kurios iš pradžių buvo padengtos plonu silicio dioksido sluoksniu, o vėliau – teigiamų ir neigiamų polimerų sluoksniais. Tada silicio dioksidas yra išgraviruotas ir galiausiai paviršius padengiamas natūraliomis eritrocitų membranomis. Tai leido sukurti dirbtinius eritrocitus, kurių dydis, forma, krūvis ir paviršiaus baltymai panašūs į tikrų.

Be to, mokslininkai įrodė naujai susidariusių kraujo kūnelių lankstumą, išstumdami juos pro mažyčius modelio kapiliarų tarpus. Galiausiai, kai buvo atliktas bandymas su pelėmis, toksinis šalutinis poveikis nebuvo nustatytas net po 48 valandų apyvartos. Bandymais į šias ląsteles buvo įdėtas hemoglobinas, vaistai nuo vėžio, toksiškumo jutikliai arba magnetinės nanodalelės, siekiant parodyti, kad jos gali turėti įvairių tipų krūvius. Dirbtinės ląstelės taip pat gali veikti kaip masalas patogenams.

Gamtos įsilaužimas tai galiausiai veda prie idėjos apie genetinę korekciją, žmonių fiksavimą ir inžineriją bei smegenų sąsajų atvėrimą tiesioginei smegenų sąveikai.

Šiuo metu yra daug nerimo ir nerimo dėl žmogaus genetinės modifikacijos perspektyvos. Argumentai „už“ taip pat yra svarūs, pavyzdžiui, kad genetinės manipuliacijos metodai gali padėti pašalinti ligą. Jie gali pašalinti daugybę skausmo ir nerimo formų. Jie gali padidinti žmonių intelektą ir ilgaamžiškumą. Kai kurie žmonės sako, kad gali pakeisti žmogaus laimės ir produktyvumo mastą daugeliu dydžių.

Genetinė inžinerijajei į laukiamas jo pasekmes būtų žiūrima rimtai, tai būtų galima vertinti kaip istorinį įvykį, prilygstantį Kambro sprogimui, pakeitusiam evoliucijos tempą. Kai dauguma žmonių galvoja apie evoliuciją, jie galvoja apie biologinę evoliuciją natūralios atrankos būdu, tačiau, kaip paaiškėja, galima įsivaizduoti ir kitas jos formas.

Nuo XNUMX amžiaus žmonės pradėjo keisti augalų ir gyvūnų DNR (taip pat žiūrėkite: ), kūryba genetiškai modifikuotų maisto produktųtt Šiuo metu naudojant IVF kasmet gimsta pusė milijono vaikų. Vis dažniau šie procesai apima embrionų sekos nustatymą, siekiant nustatyti ligas, ir gyvybingiausio embriono nustatymą (genų inžinerijos forma, nors ir be faktinių aktyvių genomo pokyčių).

Atsiradus CRISPR ir panašioms technologijoms (6), išpopuliarėjome tyrimų, kuriais siekiama realiai pakeisti DNR, bumą. 2018 metais He Jiankui Kinijoje sukūrė pirmuosius genetiškai modifikuotus vaikus, už kuriuos buvo pasodintas į kalėjimą. Šis klausimas šiuo metu yra įnirtingų etinių diskusijų objektas. 2017 metais JAV nacionalinė mokslų akademija ir Nacionalinė medicinos akademija patvirtino žmogaus genomo redagavimo koncepciją, tačiau tik „radusios atsakymus į saugos ir veikimo klausimus“ ir „tik rimtų ligų atveju ir atidžiai prižiūrint“. “

Kontroversiją sukelia „dizainerių kūdikių“ požiūris, tai yra žmonių projektavimas pasirenkant savybes, kurias turi gimti vaikas. Tai nepageidautina, nes manoma, kad tokius metodus turės tik turtingi ir privilegijuoti asmenys. Net jei toks dizainas ilgą laiką techniškai neįmanomas, jis netgi bus genetinė manipuliacija dėl defektų ir ligų genų ištrynimo nėra aiškiai įvertintos. Vėlgi, kaip daugelis bijo, tai bus prieinama tik kai kuriems išrinktiesiems.

Tačiau tai nėra toks paprastas mygtukų iškirpimas ir įtraukimas, kaip įsivaizduoja tie, kurie CRISPR yra susipažinę daugiausia iš iliustracijų spaudoje. Daugelio žmogaus savybių ir jautrumo ligoms nekontroliuoja vienas ar du genai. Ligos svyruoja nuo turintis vieną geną, sukuriant sąlygas daugeliui tūkstančių rizikos variantų, didinant arba mažinant jautrumą aplinkos veiksniams. Tačiau nors daugelis ligų, tokių kaip depresija ir diabetas, yra poligeninės, dažnai padeda net atskirų genų pašalinimas. Pavyzdžiui, „Verve“ kuria genų terapiją, kuri sumažina širdies ir kraujagyslių ligų, vienos iš pagrindinių mirties priežasčių visame pasaulyje, paplitimą. palyginti nedideli genomo leidimai.

Sudėtingoms užduotims ir vienai iš jų poligeninis ligos pagrindas, dirbtinio intelekto panaudojimas pastaruoju metu tapo receptu. Jis pagrįstas tokiomis įmonėmis, kaip ta, kuri pradėjo siūlyti tėvams poligeninį rizikos vertinimą. Be to, sekvenuoti genomo duomenų rinkiniai tampa vis didesni ir didesni (kai kuriuose sekvenuojama daugiau nei milijonas genomų), o tai laikui bėgant padidins mašininio mokymosi modelių tikslumą.

smegenų tinklas

Savo knygoje Miguelis Nicolelis, vienas iš dabar žinomo kaip „smegenų įsilaužimo“ pradininkų, bendravimą pavadino žmonijos ateitimi, kitu mūsų rūšies evoliucijos etapu. Jis atliko tyrimą, kurio metu sujungė kelių žiurkių smegenis, naudodamas sudėtingus implantuotus elektrodus, žinomus kaip smegenų ir smegenų sąsajos.

Nicolelis ir jo kolegos šį pasiekimą apibūdino kaip pirmąjį „organinį kompiuterį“, kurio gyvos smegenys buvo sujungtos taip, tarsi tai būtų keli mikroprocesoriai. Šio tinklo gyvūnai išmoko sinchronizuoti savo nervinių ląstelių elektrinį aktyvumą taip pat, kaip ir bet kuriose atskirose smegenyse. Tinklo smegenys buvo išbandytos dėl tokių dalykų kaip jų gebėjimas atskirti du skirtingus elektrinių dirgiklių modelius, ir jie paprastai pranoksta atskirus gyvūnus. Jei tarpusavyje sujungtos žiurkių smegenys yra „protingesnės“ nei bet kurio pavienio gyvūno, įsivaizduokite biologinio superkompiuterio, sujungto žmogaus smegenimis, galimybes. Toks tinklas leistų žmonėms dirbti peržengiant kalbos barjerus. Be to, jei tyrimo su žiurkėmis rezultatai yra teisingi, žmogaus smegenų tinklo sukūrimas gali pagerinti našumą, arba taip atrodo.

Neseniai buvo atlikti eksperimentai, taip pat paminėti MT puslapiuose, kurių metu buvo sutelkta nedidelio žmonių tinklo smegenų veikla. Trys žmonės, sėdintys skirtinguose kambariuose, dirbo kartu, kad teisingai nukreiptų bloką, kad jis galėtų užpildyti atotrūkį tarp kitų blokų „Tetris“ tipo vaizdo žaidime. Du žmonės, kurie veikė kaip „siuntėjai“, su elektroencefalografais (EEG) ant galvų, fiksuojančiais jų smegenų elektrinį aktyvumą, pamatė tarpą ir žinojo, ar reikia pasukti bloką, kad jis tilptų. Trečiasis asmuo, atlikęs „gavėjo“ funkciją, nežinojo teisingo sprendimo ir turėjo pasikliauti nurodymais, siunčiamais tiesiai iš siuntėjų smegenų. Iš viso penkios žmonių grupės buvo išbandytos naudojant šį tinklą, vadinamą „BrainNet“ (7), ir vidutiniškai jie pasiekė daugiau nei 80% tikslumo.

7. Nuotrauka iš BrainNet eksperimento

Kad būtų sunkiau, tyrėjai kartais pridėdavo triukšmo prie vieno iš siuntėjų siunčiamo signalo. Susidūrę su prieštaringomis ar dviprasmiškomis nuorodomis, gavėjai greitai išmoko atpažinti siuntėjo tikslus ir vykdyti jo nurodymus. Tyrėjai pažymi, kad tai yra pirmasis pranešimas, kad daugelio žmonių smegenys buvo sujungtos visiškai neinvaziniu būdu. Jie teigia, kad žmonių, kurių smegenys gali būti sujungtos į tinklą, skaičius yra praktiškai neribotas. Jie taip pat teigia, kad informacijos perdavimas naudojant neinvazinius metodus gali būti pagerintas vienu metu smegenų veiklos vaizdavimu (fMRI), nes tai gali padidinti informacijos, kurią transliuotojas gali perduoti, kiekį. Tačiau fMRT nėra lengva procedūra ir tai apsunkins ir taip itin sunkią užduotį. Tyrėjai taip pat spėja, kad signalas gali būti nukreiptas į konkrečias smegenų sritis, kad suaktyvintų konkretų semantinį turinį gavėjo smegenyse.

Tuo pačiu metu sparčiai tobulėja įrankiai, skirti invaziniam ir galbūt efektyvesniam smegenų ryšiui. Elonas Muskas neseniai paskelbė apie BCI implanto, kuriame yra XNUMX elektrodų, sukūrimą, kad būtų galima plačiai bendrauti tarp kompiuterių ir nervų ląstelių smegenyse. (DARPA) sukūrė implantuojamą nervinę sąsają, galinčią vienu metu paleisti milijoną nervų ląstelių. Nors šie BCI moduliai nebuvo specialiai sukurti sąveikai smegenys-smegenysnesunku įsivaizduoti, kad jie gali būti naudojami tokiems tikslams.

Be to, kas pasakyta, yra dar vienas „biohacking“ supratimas, ypač madingas Silicio slėnyje ir susidedantis iš įvairių sveikatinimo procedūrų, turinčių kartais abejotiną mokslinį pagrindą. Tarp jų – įvairios dietos ir mankštos technikos, taip pat įsk. jauno kraujo perpylimas, taip pat poodinių lustų implantavimas. Šiuo atveju turtingieji galvoja apie kažką panašaus į „nulaužtą mirtį“ ar senatvę. Kol kas nėra įtikinamų įrodymų, kad jų naudojami metodai gali žymiai pailginti gyvenimą, jau nekalbant apie nemirtingumą, apie kurį kai kurie svajoja.