Hack thiên nhiên

Bản thân thiên nhiên có thể dạy chúng ta cách xâm nhập vào thiên nhiên, giống như những con ong, Mark Mescher và Consuelo De Moraes của ETH ở Zurich đã lưu ý rằng chúng gặm lá một cách thành thạo để "khuyến khích" cây nở hoa.

Điều thú vị là những nỗ lực tái tạo các phương pháp điều trị côn trùng này bằng các phương pháp của chúng tôi đã không thành công và các nhà khoa học hiện đang tự hỏi liệu bí mật để côn trùng gây hại lá hiệu quả nằm ở kiểu độc đáo mà chúng sử dụng, hay có lẽ là do ong đưa vào cơ thể một số chất. Cho người khác lĩnh vực sinh học tuy nhiên, chúng tôi đang làm tốt hơn.

Ví dụ: các kỹ sư gần đây đã khám phá ra cách biến cải bó xôi thành hệ thống cảm quan môi trườngcó thể cảnh báo bạn về sự hiện diện của chất nổ. Năm 2016, kỹ sư hóa học Ming Hao Wong và nhóm của ông tại MIT đã cấy các ống nano carbon vào lá rau bina. Dấu vết chất nổmà thực vật hấp thụ qua không khí hoặc nước ngầm, tạo ra các ống nano phát ra tín hiệu huỳnh quang. Để bắt được một tín hiệu như vậy từ nhà máy, một camera hồng ngoại nhỏ đã được hướng vào chiếc lá và được gắn vào một con chip Raspberry Pi. Khi máy ảnh phát hiện một tín hiệu, nó sẽ kích hoạt cảnh báo qua email. Sau khi phát triển cảm biến nano trên rau bina, Wong bắt đầu phát triển các ứng dụng khác cho công nghệ này, đặc biệt là trong nông nghiệp để cảnh báo hạn hán hoặc sâu bệnh.

ví dụ như hiện tượng phát quang sinh học. ở mực, sứa và các sinh vật biển khác. Nhà thiết kế người Pháp Sandra Rey trình bày sự phát quang sinh học như một cách chiếu sáng tự nhiên, tức là việc tạo ra những chiếc đèn lồng "sống" phát ra ánh sáng mà không cần điện (2). Ray là người sáng lập và Giám đốc điều hành của Glowee, một công ty chiếu sáng phát quang sinh học. Ông dự đoán rằng một ngày nào đó chúng sẽ có thể thay thế hệ thống đèn đường bằng điện thông thường.

2. Hình ảnh hóa ánh sáng Glowee

Để sản xuất ánh sáng, các kỹ thuật viên của Glowee liên quan đến gen phát quang sinh học thu được từ mực nang Hawaii vào vi khuẩn E. coli, và sau đó chúng phát triển các vi khuẩn này. Bằng cách lập trình DNA, các kỹ sư có thể kiểm soát màu sắc của ánh sáng khi tắt và bật, cũng như nhiều sửa đổi khác. Những vi khuẩn này rõ ràng cần được chăm sóc và cho ăn để sống sót và rạng rỡ, vì vậy công ty đang nỗ lực để giữ cho đèn chiếu sáng lâu hơn. Rei tại Wired cho biết hiện tại, họ có một hệ thống đã chạy được sáu ngày. Tuổi thọ hạn chế hiện tại của các bộ đèn có nghĩa là hiện tại chúng hầu như chỉ phù hợp cho các sự kiện hoặc lễ hội.

Vật nuôi với ba lô điện tử

Bạn có thể xem côn trùng và cố gắng bắt chước chúng. Bạn cũng có thể thử “hack” chúng và sử dụng chúng như… máy bay không người lái thu nhỏ. Bumblebees được trang bị "ba lô" với các cảm biến, chẳng hạn như những thiết bị được nông dân sử dụng để theo dõi đồng ruộng của họ (3). Vấn đề với microdrones là nguồn điện. Không có vấn đề như vậy với côn trùng. Họ bay không mệt mỏi. Các kỹ sư đã chất đầy "hành lý" của họ với các cảm biến, bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu, máy thu để theo dõi vị trí và pin để cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử (tức là dung lượng nhỏ hơn nhiều) - tất cả đều nặng 102 miligam. Khi côn trùng tiến hành các hoạt động hàng ngày của chúng, các cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm, và vị trí của chúng được theo dõi bằng tín hiệu vô tuyến. Sau khi quay lại tổ ong, dữ liệu sẽ được tải xuống và pin được sạc không dây. Nhóm các nhà khoa học gọi công nghệ của họ là Living IoT.

3. Live IoT, là một chú ong nghệ với một hệ thống điện tử trên lưng

Nhà động vật học tại Viện nghiên cứu côn trùng học Max Planck. Martin Wikelski quyết định kiểm tra niềm tin phổ biến rằng động vật có khả năng bẩm sinh để cảm nhận những thảm họa sắp xảy ra. Wikelski dẫn đầu dự án cảm biến động vật quốc tế, ICARUS. Tác giả của thiết kế và nghiên cứu đã nổi tiếng khi ông đính kèm Báo hiệu GPS động vật (4), cả lớn và nhỏ, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các hiện tượng đến hành vi của chúng. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng sự xuất hiện ngày càng nhiều của cò trắng có thể là dấu hiệu của sự xâm nhập của châu chấu, và vị trí và nhiệt độ cơ thể của vịt trời có thể là dấu hiệu cho thấy sự lây lan của bệnh cúm gia cầm ở người.

4. Martin Wikelski và con cò máy phát

Bây giờ Wikelski đang sử dụng dê để tìm hiểu xem có điều gì đó trong các lý thuyết cổ xưa mà động vật "biết" về các trận động đất và núi lửa sắp xảy ra hay không. Ngay sau trận động đất lớn ở Norcia năm 2016 ở Ý, Wikelski đã kiểm tra những con vật nuôi ở gần tâm chấn để xem liệu chúng có hành vi khác trước những cú sốc hay không. Mỗi cổ áo chứa cả hai thiết bị theo dõi GPSgiống như một gia tốc kế.

Sau đó, ông giải thích rằng với việc theo dõi suốt ngày đêm như vậy, có thể xác định hành vi "bình thường" và sau đó tìm kiếm bất thường. Wikelski và nhóm của ông lưu ý rằng các con vật đã tăng tốc trong vài giờ trước khi trận động đất xảy ra. Ông quan sát thấy "khoảng thời gian cảnh báo" từ 2 đến 18 giờ, tùy thuộc vào khoảng cách từ tâm chấn. Wikelski xin cấp bằng sáng chế cho hệ thống cảnh báo thiên tai dựa trên hành vi tập thể của động vật so với đường cơ sở.

Cải thiện hiệu quả quang hợp

Trái đất sống vì nó trồng khắp nơi trên thế giới giải phóng oxy như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợpvà một số chúng trở thành thức ăn bổ sung dinh dưỡng. Tuy nhiên, quá trình quang hợp là không hoàn hảo, mặc dù đã trải qua nhiều triệu năm tiến hóa. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois đã bắt đầu công việc sửa chữa những khiếm khuyết trong quá trình quang hợp, mà họ tin rằng có thể tăng năng suất cây trồng lên đến 40%.

Họ tập trung vào một quá trình gọi là photorespirationmà nó không phải là một phần của quá trình quang hợp. Giống như nhiều quá trình sinh học, quang hợp không phải lúc nào cũng hoạt động hoàn hảo. Trong quá trình quang hợp, thực vật hấp thụ nước và carbon dioxide và biến chúng thành đường (thức ăn) và oxy. Thực vật không cần oxy, vì vậy nó bị loại bỏ.

Các nhà nghiên cứu đã phân lập được một loại enzyme có tên là ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase (RuBisCO). Phức hợp protein này liên kết một phân tử carbon dioxide với ribulose-1,5-bisphosphate (RuBisCO). Qua nhiều thế kỷ, bầu khí quyển của Trái đất ngày càng bị ôxy hóa, đồng nghĩa với việc RuBisCO phải đối phó với nhiều phân tử ôxy trộn lẫn với carbon dioxide. Trong bốn trường hợp, RuBisCO bắt nhầm phân tử oxy và điều này ảnh hưởng đến hiệu suất.

Do sự không hoàn hảo của quá trình này, thực vật bị bỏ lại các sản phẩm phụ độc hại như glycolat và amoniac. Quá trình xử lý các hợp chất này (thông qua phản ứng quang phân tử) đòi hỏi năng lượng, năng lượng này được bổ sung vào những tổn thất do quang hợp kém hiệu quả. Các tác giả của nghiên cứu lưu ý rằng gạo, lúa mì và đậu nành bị thiếu vì điều này, và RuBisCO thậm chí còn trở nên kém chính xác hơn khi nhiệt độ tăng lên. Điều này có nghĩa là khi tình trạng ấm lên toàn cầu tăng lên, nguồn cung cấp thực phẩm có thể bị cắt giảm.

Giải pháp này là một phần của chương trình có tên (RIPE) và liên quan đến việc đưa vào các gen mới giúp phân tán quang nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Nhóm nghiên cứu đã phát triển ba con đường thay thế bằng cách sử dụng các trình tự gen mới. Những con đường này đã được tối ưu hóa cho 1700 loài thực vật khác nhau. Trong hai năm, các nhà khoa học đã thử nghiệm các trình tự này bằng cách sử dụng thuốc lá biến đổi. Nó là một loài thực vật phổ biến trong khoa học vì bộ gen của nó đặc biệt được hiểu rõ. Hơn con đường hiệu quả để phân tích ánh sáng cho phép thực vật tiết kiệm một lượng đáng kể năng lượng có thể được sử dụng cho sự phát triển của chúng. Bước tiếp theo là đưa gen vào cây lương thực như đậu tương, đậu, gạo và cà chua.

Tế bào máu nhân tạo và đoạn gen

Hack thiên nhiên điều này cuối cùng dẫn đến bản thân người đàn ông. Năm ngoái, các nhà khoa học Nhật Bản báo cáo rằng họ đã phát triển một loại máu nhân tạo có thể được sử dụng cho bất kỳ bệnh nhân nào, bất kể nhóm máu, có một số ứng dụng thực tế trong y học chấn thương. Gần đây, các nhà khoa học đã tạo ra một bước đột phá lớn hơn bằng cách tạo ra các tế bào hồng cầu tổng hợp (5). Này tế bào máu nhân tạo chúng không chỉ hiển thị các thuộc tính của các đối tác tự nhiên của chúng, mà còn có các khả năng nâng cao. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học New Mexico, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia và Đại học Bách khoa Nam Trung Quốc đã tạo ra các tế bào hồng cầu không chỉ có thể mang oxy đến các bộ phận khác nhau của cơ thể mà còn cung cấp thuốc, cảm nhận chất độc và thực hiện các nhiệm vụ khác. .

5. Tổng hợp tế bào máu

Quá trình tạo ra các tế bào máu nhân tạo nó được bắt đầu bởi các tế bào tự nhiên, đầu tiên được phủ một lớp mỏng silica và sau đó là các lớp polyme dương và âm. Silica sau đó được khắc và cuối cùng là bề mặt được bao phủ bởi màng hồng cầu tự nhiên. Điều này đã dẫn đến việc tạo ra các hồng cầu nhân tạo có kích thước, hình dạng, điện tích và các protein bề mặt tương tự như các tế bào thật.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã chứng minh tính linh hoạt của các tế bào máu mới hình thành bằng cách đẩy chúng qua những khoảng trống nhỏ trong mao mạch mô hình. Cuối cùng, khi thử nghiệm trên chuột, không có tác dụng phụ độc hại nào được tìm thấy kể cả sau 48 giờ lưu hành. Các cuộc thử nghiệm đã nạp các tế bào này bằng hemoglobin, thuốc chống ung thư, cảm biến độc tính hoặc các hạt nano từ tính để cho thấy chúng có thể mang các loại điện tích khác nhau. Tế bào nhân tạo cũng có thể hoạt động như mồi cho mầm bệnh.

Hack thiên nhiên điều này cuối cùng dẫn đến ý tưởng về việc chỉnh sửa gen, sửa chữa và kỹ thuật con người, đồng thời mở ra các giao diện não để giao tiếp trực tiếp giữa các bộ não.

Hiện nay, rất nhiều người băn khoăn và lo lắng về viễn cảnh biến đổi gen của con người. Các lập luận ủng hộ cũng rất mạnh mẽ, chẳng hạn như kỹ thuật thao tác di truyền có thể giúp loại bỏ căn bệnh này. Chúng có thể loại bỏ nhiều dạng đau đớn và lo lắng. Chúng có thể làm tăng trí thông minh và tuổi thọ của con người. Một số người còn đi xa đến mức nói rằng họ có thể thay đổi quy mô hạnh phúc và năng suất của con người theo nhiều cấp độ.

Kỹ thuật di truyềnnếu coi trọng hậu quả dự kiến ​​của nó, nó có thể coi là một sự kiện lịch sử, ngang bằng với sự bùng nổ kỷ Cambri làm thay đổi nhịp độ tiến hóa. Khi hầu hết mọi người nghĩ đến sự tiến hóa, họ nghĩ đến sự tiến hóa sinh học thông qua chọn lọc tự nhiên, nhưng hóa ra, những hình thức khác của nó có thể được hình dung.

Bắt đầu từ các XNUMX, người ta bắt đầu sửa đổi DNA của thực vật và động vật (Xem thêm: ), sự sáng tạo Thực phẩm biến đổi genvv Hiện nay, nửa triệu trẻ em được sinh ra mỗi năm với sự trợ giúp của IVF. Càng ngày, các quá trình này cũng bao gồm việc xác định trình tự các phôi để sàng lọc bệnh tật và xác định phôi khả thi nhất (một dạng kỹ thuật di truyền, mặc dù không có những thay đổi tích cực thực sự đối với bộ gen).

Với sự ra đời của CRISPR và các công nghệ tương tự (6), chúng tôi đã chứng kiến ​​sự bùng nổ trong nghiên cứu tạo ra những thay đổi thực sự đối với DNA. Vào năm 2018, He Jiankui đã tạo ra những đứa trẻ được chỉnh sửa gen đầu tiên ở Trung Quốc, khiến anh ta phải vào tù. Vấn đề này hiện đang là chủ đề tranh luận gay gắt về đạo đức. Năm 2017, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và Học viện Y khoa Quốc gia đã phê duyệt khái niệm chỉnh sửa bộ gen người, nhưng chỉ "sau khi tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi về tính an toàn và hiệu suất" và "chỉ trong trường hợp mắc các bệnh nghiêm trọng và dưới sự giám sát chặt chẽ. "

Quan điểm của "những đứa trẻ thiết kế", tức là thiết kế con người bằng cách lựa chọn những đặc điểm mà đứa trẻ phải được sinh ra, gây ra nhiều tranh cãi. Đây là điều không mong muốn vì người ta tin rằng chỉ những người giàu có và có đặc quyền mới có quyền truy cập vào các phương pháp như vậy. Ngay cả khi một thiết kế như vậy là không thể về mặt kỹ thuật trong một thời gian dài, nó thậm chí sẽ Thao tác di truyền liên quan đến việc xóa các gen cho các khuyết tật và bệnh tật không được đánh giá rõ ràng. Một lần nữa, vì nhiều nỗi sợ hãi, điều này sẽ chỉ có sẵn cho một số ít được chọn.

Tuy nhiên, đây không phải là việc cắt bỏ và bao gồm các nút đơn giản như những người đã quen thuộc với CRISPR chủ yếu từ các hình ảnh minh họa trên báo chí tưởng tượng. Nhiều đặc điểm và tính nhạy cảm của con người đối với bệnh tật không được kiểm soát bởi một hoặc hai gen. Các loại bệnh từ có một gen, tạo điều kiện cho nhiều nghìn phương án rủi ro, tăng hoặc giảm tính nhạy cảm với các yếu tố môi trường. Tuy nhiên, trong khi nhiều bệnh, chẳng hạn như trầm cảm và tiểu đường, là đa gen, thậm chí chỉ cần cắt bỏ các gen riêng lẻ cũng thường có ích. Ví dụ, Verve đang phát triển một liệu pháp gen làm giảm tỷ lệ mắc bệnh tim mạch, một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn thế giới. các phiên bản tương đối nhỏ của bộ gen.

Đối với các nhiệm vụ phức tạp và một trong số chúng cơ sở đa nguyên của bệnh, việc sử dụng trí tuệ nhân tạo gần đây đã trở thành một công thức. Nó dựa trên các công ty như công ty đã bắt đầu cung cấp cho các bậc cha mẹ đánh giá rủi ro đa gen. Ngoài ra, các bộ dữ liệu bộ gen được giải trình tự ngày càng lớn hơn (một số có hơn một triệu bộ gen được giải trình tự), điều này sẽ làm tăng độ chính xác của các mô hình học máy theo thời gian.

mạng não

Trong cuốn sách của mình, Miguel Nicolelis, một trong những người tiên phong của cái mà ngày nay được gọi là “hack não”, gọi là giao tiếp là tương lai của loài người, giai đoạn tiếp theo trong quá trình tiến hóa của loài người chúng ta. Ông đã tiến hành nghiên cứu, trong đó ông kết nối não của một số con chuột bằng cách sử dụng các điện cực được cấy ghép phức tạp được gọi là giao diện não-não.

Nicolelis và các đồng nghiệp của ông mô tả thành tựu này là "máy tính hữu cơ" đầu tiên có các bộ não sống được liên kết với nhau như thể chúng là nhiều bộ vi xử lý. Các động vật trong mạng lưới này đã học cách đồng bộ hóa hoạt động điện của các tế bào thần kinh của chúng giống như trong bất kỳ bộ não cá nhân nào. Bộ não được nối mạng đã được kiểm tra về những thứ như khả năng phân biệt giữa hai kiểu kích thích điện khác nhau và chúng thường hoạt động tốt hơn các loài động vật riêng lẻ. Nếu bộ não liên kết với nhau của chuột "thông minh" hơn bất kỳ loài động vật đơn lẻ nào, hãy tưởng tượng khả năng của một siêu máy tính sinh học được kết nối với nhau bởi não người. Một mạng lưới như vậy có thể cho phép mọi người làm việc vượt qua các rào cản ngôn ngữ. Ngoài ra, nếu kết quả của nghiên cứu trên chuột là đúng, việc kết nối mạng não bộ của con người có thể cải thiện hiệu suất, hoặc có vẻ như vậy.

Đã có những thí nghiệm gần đây, cũng được đề cập trong các trang của MT, liên quan đến việc tổng hợp hoạt động não bộ của một mạng lưới nhỏ người. Ba người ngồi trong các phòng khác nhau đã làm việc cùng nhau để định hướng chính xác khối để nó có thể thu hẹp khoảng cách giữa các khối khác trong một trò chơi điện tử giống Tetris. Hai người đóng vai trò là "người gửi", với máy đo điện não (EEG) trên đầu ghi lại hoạt động điện của não họ, nhìn thấy khoảng trống và biết liệu khối có cần xoay để vừa vặn hay không. Người thứ ba, đóng vai trò là "người nhận", không biết giải pháp chính xác và phải dựa vào các hướng dẫn được gửi trực tiếp từ bộ não của người gửi. Tổng cộng có năm nhóm người đã được thử nghiệm với mạng này, được gọi là "BrainNet" (7), và trung bình họ đạt được độ chính xác trên 80% khi thực hiện nhiệm vụ.

7. Ảnh từ thí nghiệm BrainNet

Để làm cho mọi thứ khó khăn hơn, các nhà nghiên cứu đôi khi thêm nhiễu vào tín hiệu được gửi bởi một trong những người gửi. Đối mặt với các chỉ dẫn mâu thuẫn hoặc mơ hồ, người nhận nhanh chóng học cách xác định và làm theo hướng dẫn chính xác hơn của người gửi. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng đây là báo cáo đầu tiên cho thấy não của nhiều người đã được nối dây theo cách hoàn toàn không xâm lấn. Họ lập luận rằng số lượng người có bộ não được nối mạng thực tế là không giới hạn. Họ cũng gợi ý rằng việc truyền thông tin bằng các phương pháp không xâm lấn có thể được cải thiện bằng hình ảnh hoạt động não đồng thời (fMRI), vì điều này có khả năng làm tăng lượng thông tin mà một đài truyền hình có thể truyền tải. Tuy nhiên, fMRI không phải là một thủ tục dễ dàng và nó sẽ làm phức tạp thêm một nhiệm vụ vốn đã cực kỳ khó khăn. Các nhà nghiên cứu cũng suy đoán rằng tín hiệu có thể được nhắm mục tiêu đến các khu vực cụ thể của não để kích hoạt nhận thức về nội dung ngữ nghĩa cụ thể trong não của người nhận.

Đồng thời, các công cụ để kết nối não bộ xâm lấn hơn và có thể hiệu quả hơn đang phát triển nhanh chóng. Elon Musk gần đây đã công bố sự phát triển của cấy ghép BCI có chứa các điện cực XNUMX để cho phép giao tiếp rộng rãi giữa máy tính và các tế bào thần kinh trong não. (DARPA) đã phát triển một giao diện thần kinh cấy ghép có khả năng bắn đồng thời một triệu tế bào thần kinh. Mặc dù các mô-đun BCI này không được thiết kế đặc biệt để tương tác với nhau não-nãokhông khó để tưởng tượng rằng chúng có thể được sử dụng cho các mục đích như vậy.

Ngoài những điều trên, còn có một cách hiểu khác về “biohacking”, là mốt thời thượng đặc biệt ở Thung lũng Silicon và bao gồm nhiều loại quy trình chăm sóc sức khỏe với những cơ sở khoa học đôi khi không rõ ràng. Trong số đó có các chế độ ăn kiêng và kỹ thuật tập thể dục khác nhau, cũng như bao gồm. truyền máu trẻ, cũng như cấy chip dưới da. Trong trường hợp này, những người giàu nghĩ đến một cái gì đó như "hack cái chết" hoặc tuổi già. Cho đến nay, không có bằng chứng thuyết phục nào cho thấy những phương pháp họ sử dụng có thể kéo dài tuổi thọ một cách đáng kể, chưa kể đến khả năng bất tử mà một số người mơ ước.