Doğa hackleme

Doğanın kendisi bize, ETH Zürih'ten Mark Mescher ve Consuelo De Moraes'in bitkileri çiçek açmaya "teşvik etmek" için yaprakları kemirme konusunda usta olduklarını belirttiği arılar gibi doğayı nasıl hackleyeceğimizi öğretebilir.

İlginç bir şekilde, bu böcek tedavilerini bizim yöntemlerimizi kullanarak tekrarlama girişimleri başarılı olmadı ve bilim adamları artık böceklerin etkili yaprak hasarının sırrının, kullandıkları benzersiz düzende mi, yoksa belki de bazı maddelerin arılar tarafından vücuda sokulmasında mı yattığını merak ediyorlar. . Başkaları üzerinde biyolojik hackleme alanları ancak daha iyi durumdayız.

Örneğin mühendisler yakın zamanda bunun nasıl yapıldığını keşfettiler. Ispanağı çevresel duyu sistemlerine dönüştürünpatlayıcıların varlığı konusunda sizi uyarabilir. 2016 yılında kimya mühendisi Ming Hao Wong ve MIT'deki ekibi, karbon nanotüplerini ıspanak yapraklarına nakletti. Patlayıcı izleribitkinin hava veya yeraltı suyu yoluyla emdiği nanotüpler yapıldı bir floresan sinyali yayar. Tesisten böyle bir sinyali yakalamak için küçük bir kızılötesi kamera levhaya doğrultuldu ve bir Raspberry Pi çipine takıldı. Kamera bir sinyal algıladığında bir e-posta uyarısını tetikledi. Ispanakta nanosensörler geliştirdikten sonra Wong, özellikle tarımda kuraklık veya haşere uyarıları için teknolojiye yönelik başka uygulamalar da geliştirmeye başladı.

örneğin biyolüminesans olgusu. kalamar, denizanası ve diğer deniz canlılarında. Fransız tasarımcı Sandra Rey, biyolüminesansı doğal bir aydınlatma yöntemi, yani elektrik olmadan ışık yayan "canlı" fenerlerin yaratılması olarak tanıtıyor (2). Ray, biyolüminesans aydınlatma şirketi Glowee'nin kurucusu ve CEO'sudur. Bir gün bunların geleneksel elektrikli sokak aydınlatmasının yerini alabileceğini öngörüyor.

2. Glowee aydınlatmasının görselleştirilmesi

Işığı üretmek için Glowee teknisyenleri çalışıyor biyolüminesans geni Hawaii mürekkepbalığından elde edilenleri E. coli bakterisine dönüştürüyorlar ve daha sonra bakterileri büyütüyorlar. Mühendisler DNA'yı programlayarak ışığın rengini, açılıp kapanma zamanını ve diğer birçok değişikliği kontrol edebilirler. Bu bakterilerin hayatta kalmak ve parlamak için bakıma ve beslenmeye ihtiyaçları olduğu aşikar, bu nedenle şirket ışıkları daha uzun süre açık tutmak için çalışıyor. Ray, Wired'da şimdilik altı gün süren bir sisteme sahip olduklarını söylüyor. Işıkların mevcut sınırlı ömrü, bunların şu anda çoğunlukla etkinlikler veya festivaller için uygun olduğu anlamına geliyor.

Elektronik sırt çantalı evcil hayvanlar

Böcekleri izleyebilir ve onları taklit etmeye çalışabilirsiniz. Ayrıca onları "hacklemeyi" deneyebilir ve bunları... minyatür dronlar. Bombus arıları, çiftçilerin tarlalarını izlemek için kullandıkları sensörlere benzer "sırt çantaları" ile donatılmıştır (3). Mikrodronların sorunu güçtür. Böceklerde böyle bir sorun yoktur. Yorulmadan uçuyorlar. Mühendisler "bagajlarını" sensörler, veri depolama için bellek, konum takibi için alıcılar ve güç elektroniği pilleri (yani çok daha küçük kapasite) ile yüklediler - hepsi 102 miligram ağırlığındaydı. Böcekler günlük işlerini yaparken, sensörler sıcaklığı ve nemi ölçüyor ve konumları bir radyo sinyali kullanılarak takip ediliyor. Kovana döndükten sonra veriler indirilir ve pil kablosuz olarak şarj edilir. Bilim adamlarından oluşan ekip, teknolojilerine Living IoT adını veriyor.

3. Sırtında elektronik sistem bulunan bir yaban arısı olan Yaşayan IoT

Zoolog Max Planck Ornitoloji Enstitüsü. Martin Wikelski Hayvanların yaklaşan felaketleri sezme konusunda doğuştan bir yeteneğe sahip olduğuna dair yaygın inancı test etmeye karar verdim. Wikelski, uluslararası hayvan sensörü projesi ICARUS'a liderlik ediyor. Tasarımın ve araştırmanın yazarı, eklendiğinde ün kazandı GPS işaretleri Olguların davranışları üzerindeki etkisini incelemek için hem büyük hem de küçük hayvanlar (4). Bilim adamları, diğer şeylerin yanı sıra, beyaz leyleklerin artan varlığının çekirge salgınlarına işaret edebileceğini ve yeşilbaş ördeklerin konumu ve vücut sıcaklığının, kuş gribinin insanlar arasında yayıldığını gösterebileceğini gösterdi.

4. Martin Wikelski ve verici leylek

Şimdi Wikelski, hayvanların yaklaşan depremler ve volkanik patlamalar hakkında "bildiği" yönündeki eski teorilerde bir şeyler olup olmadığını öğrenmek için keçileri kullanıyor. 2016 yılında İtalya'da yaşanan büyük Norcia depreminin hemen ardından Wikelski, sarsıntılardan önce farklı davranıp davranmadıklarını görmek için merkez üssü yakınındaki çiftlik hayvanlarını tasmaladı. Her yaka her ikisini de içeriyordu GPS takip cihazıtıpkı bir ivmeölçer gibi.

Daha sonra, bu 2/18 izlemeyle kişinin "normal" davranışı tanımlayıp ardından anormallikleri arayabileceğini açıkladı. Wikelski ve ekibi, hayvanların depremin meydana gelmesinden önceki saatlerde ivmelerinin arttığını kaydetti. Merkez üssüne olan mesafeye bağlı olarak XNUMX ila XNUMX saat arasında değişen "uyarı süreleri" gözlemledi. Wikelski, hayvanların bir referans noktasına göre kolektif davranışlarına dayanan bir felaket uyarı sistemi için patent başvurusunda bulunuyor.

Fotosentez verimliliğini artırın

Dünya yaşıyor çünkü dünyanın her yerinde bitki yetiştiriyor fotosentezin bir yan ürünü olarak oksijeni serbest bırakırve bazıları ek besleyici gıdalar haline geliyor. Ancak milyonlarca yıllık evrime rağmen fotosentez kusurludur. Illinois Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, mahsul verimini yüzde 40'a kadar artırabileceğine inandıkları fotosentezdeki kusurları ortadan kaldırmak için çalışmaya başladılar.

Odaklandılar fotorespirasyon adı verilen bir süreçbu fotosentezin bir parçası olmaktan ziyade onun sonucudur. Birçok biyolojik süreç gibi fotosentez de her zaman mükemmel çalışmaz. Fotosentez sırasında bitkiler su ve karbondioksiti alıp bunları şekere (yiyecek) ve oksijene dönüştürür. Bitkilerin oksijene ihtiyacı yoktur bu nedenle uzaklaştırılır.

Araştırmacılar ribuloz-1,5-bisfosfat karboksilaz/oksijenaz (RuBisCO) adı verilen bir enzimi izole etti. Bu protein kompleksi, bir karbondioksit molekülünü ribuloz-1,5-bisfosfata (RuBisCO) bağlar. Yüzyıllar geçtikçe, Dünya'nın atmosferi daha oksijenli hale geldi; bu da RuBisCO'nun karbondioksitle karışmış daha fazla oksijen molekülüyle uğraşması gerektiği anlamına geliyor. Dört vakadan birinde RuBisCO yanlışlıkla bir oksijen molekülünü yakalıyor ve bu da performansı etkiliyor.

Bu süreçteki kusurlar nedeniyle bitkilerde glikolat ve amonyak gibi toksik yan ürünler kalır. Bu bileşiklerin işlenmesi (fotosolunum yoluyla) enerji gerektirir ve bu da fotosentezin verimsizliğinden kaynaklanan kayıplara katkıda bulunur. Çalışma yazarları, bunun pirinç, buğday ve soyanın eksik olmasına neden olduğunu ve sıcaklıklar arttıkça RuBisCO'nun doğruluğunun daha da azaldığını belirtiyor. Bu, küresel ısınma arttıkça gıda kaynaklarının azalabileceği anlamına geliyor.

Bu çözüm (RIPE) adı verilen programın bir parçası ve fotorespirasyonu daha hızlı ve enerji açısından daha verimli hale getiren yeni genlerin tanıtılmasını içeriyor. Ekip, yeni genetik dizileri kullanarak üç alternatif yol geliştirdi. Bu yollar 1700 farklı bitki türü için optimize edilmiştir. İki yıl boyunca bilim insanları bu dizileri değiştirilmiş tütün kullanarak test etti. Bilimde yaygın bir bitkidir çünkü genomu son derece iyi incelenmiştir. Daha fotorespirasyonun etkili yolları Bitkilerin büyümeleri için kullanılabilecek önemli miktarda enerji tasarrufu yapmalarına olanak tanır. Bir sonraki adım, genleri soya fasulyesi, fasulye, pirinç ve domates gibi gıda mahsullerine aktarmaktır.

Yapay kan hücreleri ve gen kupürleri

Doğa hackleme bu sonuçta kişinin kendisine götürür. Geçtiğimiz yıl Japon bilim insanları, kan grubu ne olursa olsun her hastada kullanılabilecek, travma tıbbında gerçek dünyada pek çok uygulamaya sahip yapay kan geliştirdiklerini bildirdi. Son zamanlarda bilim insanları sentetik kırmızı kan hücreleri yaratarak daha da büyük bir atılım gerçekleştirdiler (5). Bunlar yapay kan hücreleri sadece doğal analoglarının özelliklerini sergilemekle kalmıyorlar, aynı zamanda genişletilmiş yeteneklere de sahipler. New Mexico Üniversitesi, Sandia Ulusal Laboratuvarları ve Güney Çin Politeknik Üniversitesi'nden bir ekip, yalnızca vücudun çeşitli bölgelerine oksijen taşıyıcısı olarak hizmet etmekle kalmayıp aynı zamanda ilaç dağıtan, toksinleri algılayan ve diğer görevleri de yerine getiren kırmızı kan hücreleri yarattı. .

5. Sentetik kan hücresi

Yapay kan hücreleri oluşturma süreci önce ince bir silika tabakasıyla, ardından pozitif ve negatif polimer tabakalarıyla kaplanan doğal hücreler tarafından başlatıldı. Daha sonra silika kazınır ve son olarak yüzey doğal kırmızı kan hücresi zarlarıyla kaplanır. Bu, gerçeğiyle aynı boyuta, şekle, yüke ve yüzey proteinlerine sahip yapay kırmızı kan hücrelerinin yaratılmasına yol açtı.

Araştırmacılar ayrıca yeni oluşan kan hücrelerinin esnekliğini, onları model kılcal damarlardaki küçük yarıklardan iterek gösterdiler. Son olarak fareler üzerinde test edildiğinde, 48 saatlik dolaşımdan sonra bile hiçbir toksik yan etki bulunmadı. Testler, bu hücrelere hemoglobin, kanser önleyici ilaçlar, toksisite sensörleri veya manyetik nanopartiküller yükleyerek bunların farklı türde yükler taşıyabileceğini gösterdi. Yapay hücreler aynı zamanda patojenler için yem görevi de görebilir.

Doğa hackleme bu sonuçta genetik düzeltme, insanları onarma ve mühendislik yapma ve beyinden beyine doğrudan iletişim için beyin arayüzlerini açma fikrine yol açıyor.

Şu anda, insan genetiğinin değiştirilmesi olasılığı konusunda çok fazla endişe ve endişe var. Olumlu argümanlar da güçlü; örneğin genetik manipülasyon tekniklerinin hastalığın ortadan kaldırılmasına yardımcı olabileceği. Birçok ağrı ve kaygı biçimini ortadan kaldırabilirler. İnsanların zekasını ve ömrünü artırabilirler. Bazı insanlar, insan mutluluğunun ve üretkenliğinin ölçeğini kat kat değiştirebileceklerini söyleyecek kadar ileri gidiyorlar.

Genetik mühendisliğibeklenen sonuçları ciddiye alınırsa, evrimin hızını değiştiren Kambriyen patlamasına eşdeğer tarihi bir olay olarak görülebilir. Çoğu insan evrimi düşündüğünde, doğal seçilim yoluyla biyolojik evrimi düşünür, ancak bunun başka biçimlerinin de hayal edilebileceği ortaya çıktı.

XNUMX'lerden beri insanlar bitki ve hayvanların DNA'sını değiştirmeye başladı (Ayrıca bakınız: ), Yaratılış genetiği değiştirilmiş gıdalarvb. Şu anda her yıl yarım milyon bebek tüp bebek yoluyla doğuyor. Bu süreçler giderek artan bir şekilde, hastalıkları taramak ve en uygun embriyoyu belirlemek için embriyoların dizilenmesini de içermektedir (genomda fiili aktif değişiklikler olmamasına rağmen bir tür genetik mühendisliği).

CRISPR ve benzer teknolojilerin (6) ortaya çıkışıyla birlikte, DNA'da gerçek değişiklikler yapılmasına yönelik araştırmalarda bir patlama gördük. He Jiankui, 2018 yılında Çin'in ilk genetiği değiştirilmiş çocuklarını yarattı ve bunun için hapse gönderildi. Bu konu şu anda yoğun etik tartışmaların konusudur. 2017 yılında ABD Ulusal Bilimler Akademisi ve Ulusal Tıp Akademisi, insan genomunun düzenlenmesi kavramını onayladı, ancak bu ancak "güvenlik ve performans sorunları yanıtlandıktan sonra" ve "yalnızca ciddi hastalık vakalarında ve yakın gözetim altında" yapıldı.

Tartışma, "tasarımcı bebekler", yani doğacak bebeğin sahip olması gereken özellikleri seçerek insanları tasarlama bakış açısından kaynaklanıyor. Bu istenmeyen bir durumdur çünkü bu tür yöntemlere yalnızca zengin ve ayrıcalıklı kişilerin erişebileceğine inanılmaktadır. Böyle bir tasarım uzun süre teknik olarak imkansız olsa bile, genetik manipülasyon Kusurlar ve hastalıklar için gen silinmesine ilişkin net bir değerlendirme yapılmamıştır. Çoğu kişinin korktuğu gibi bu da yalnızca seçilmiş birkaç kişinin kullanımına sunulacak.

Ancak bu, CRISPR'ı çoğunlukla basındaki illüstrasyonlardan bilenlerin sandığı kadar kes-değiştir düğmeleri kadar basit değil. İnsanın birçok özelliği ve hastalığa yatkınlığı bir veya iki gen tarafından kontrol edilmez. Hastalıklar çok çeşitlidir ve bir genin varlığıbinlerce risk değişiminin koşullarını yaratıyor, çevresel faktörlere duyarlılığı artırıyor veya azaltıyor. Bununla birlikte, depresyon ve diyabet gibi birçok hastalık poligenik olmasına rağmen, bireysel genlerin basitçe kesilmesi sıklıkla yardımcı olur. Örneğin Verve, dünya çapında ölümün önde gelen nedenlerinden biri olan kardiyovasküler hastalığın yaygınlığını azaltan gen tedavileri geliştiriyor. genomun nispeten küçük sürümleri.

Karmaşık görevler için ve bunlardan biri hastalıkların poligenik temeliYapay zeka kullanımı son dönemde reçete haline geldi. Ebeveynlere poligenik risk değerlendirmeleri sunmaya başlayan şirketlere dayanıyor. Ek olarak, sıralı genomik veri kümeleri gittikçe büyüyor (bazıları bir milyondan fazla genomun sıralanmış hali), bu da zaman içinde makine öğrenimi modellerinin doğruluğunu artıracak.

Beyin ağı

Günümüzde "beyin hackleme" olarak bilinen şeyin öncülerinden biri olan Miguel Nicolelis, kitabında bağlanabilirliği insanlığın geleceği, türümüzün evrimindeki bir sonraki aşama olarak adlandırdı. Beyin-beyin arayüzleri olarak bilinen karmaşık implante elektrotları kullanarak birkaç farenin beyinlerini birbirine bağladığı çalışmalar yürüttü.

Nicolelis ve meslektaşları bu başarıyı, birden fazla mikroişlemci varmış gibi birbirine bağlanan canlı beyinlere sahip ilk "organik bilgisayar" olarak tanımladılar. Bu ağdaki hayvanlar, sinir hücrelerinin elektriksel aktivitesini herhangi bir beyinde olduğu gibi senkronize etmeyi öğrenmişlerdir. Ağ beyni, iki farklı elektriksel uyarı modelini ayırt etme yeteneği gibi konularda test edildi ve genellikle bireysel hayvanlardan daha iyi performans gösteriyor. Eğer farelerin birbirine bağlı beyinleri herhangi bir hayvandan "daha akıllı" ise, insan beyniyle birbirine bağlanan biyolojik bir süper bilgisayarın yeteneklerini hayal edin. Böyle bir ağ, insanların dil engellerini aşarak çalışmasına olanak tanıyabilir. Ek olarak, eğer fare çalışmasının sonuçları doğruysa, insan beyninin ağ üzerinden bağlanması performansı artırabilir ya da öyle görünüyor.

Son zamanlarda, MT sayfalarında da bahsedilen, küçük bir insan ağının beyin aktivitesinin birleştirilmesinden oluşan deneyler gerçekleştirildi. Tetris benzeri bir video oyununda farklı odalarda oturan üç kişi, bir bloğun diğer bloklar arasındaki boşluğu doldurabilmesi için düzgün bir şekilde yönlendirilmesi için birlikte çalıştı. Kafalarına beyinlerinin elektriksel aktivitesini kaydeden elektroensefalograflar (EEG'ler) takan ve "gönderici" görevi gören iki kişi, yarığı gördü ve bloğu sığdırmak için döndürüp döndürmeyeceğini biliyordu. "Alıcı" olarak hareket eden üçüncü kişi ise doğru çözümü bilmiyordu ve doğrudan göndericinin beyninden gönderilen talimatlara güvenmek zorundaydı. "BrainNet" (7) adı verilen bu ağ kullanılarak toplam beş grup insan test edildi ve görevde ortalama olarak %80'den fazla doğruluk elde ettiler.

7. BrainNet deneyinden fotoğraf

Görevi karmaşıklaştırmak için araştırmacılar bazen göndericilerden birinin gönderdiği sinyale gürültü eklediler. Alıcılar, çelişkili veya belirsiz talimatlarla karşılaştıklarında, gönderenin daha kesin talimatlarını belirlemeyi ve bunlara uymayı hızla öğrendiler. Araştırmacılar bunun, birçok insanın beyninin tamamen müdahalesiz bir şekilde kablolandığını gösteren ilk rapor olduğunu belirtiyor. Beyinleri ağa bağlanabilen insan sayısının neredeyse sınırsız olduğunu savunuyorlar. Ayrıca, invaziv olmayan yöntemler kullanılarak bilgi aktarımının, beyin aktivitesinin (fMRI) kullanılarak eşzamanlı görüntülenmesiyle iyileştirilebileceğini, bunun yayıncı tarafından aktarılabilecek bilgi miktarını potansiyel olarak artırabileceğini öne sürüyorlar. Ancak fMRI basit bir prosedür değildir ve zaten son derece zor olan bir görevi daha da karmaşık hale getirecektir. Araştırmacılar ayrıca, alıcının beynindeki belirli anlamsal içeriğe ilişkin farkındalığı tetiklemek için sinyalin beynin belirli bölgelerine hedeflenebileceğini öne sürüyor.

Aynı zamanda, beyne daha istilacı ve belki de daha verimli bir şekilde bağlanmak için araçlar hızla gelişiyor. Элон Маск yakın zamanda bilgisayarlar ve beyin sinir hücreleri arasında yaygın iletişimi sağlamak için XNUMX elektrot içeren bir BCI implantının geliştirildiğini duyurdu. (DARPA), aynı anda bir milyon sinir hücresini çalıştırabilen, implante edilebilir bir sinir arayüzü geliştirdi. Bu BCI modülleri özel olarak birlikte çalışacak şekilde tasarlanmamasına rağmen beyin-beyinbu tür amaçlarla kullanılabileceğini hayal etmek zor değil.

Yukarıdakilere ek olarak, özellikle Silikon Vadisi'nde moda olan ve bazen bilimsel dayanağı şüpheli olan çeşitli sağlık prosedürlerinden oluşan başka bir "biohacking" anlayışı daha var. Bunlar çeşitli diyetler ve egzersiz tekniklerinin yanı sıra ... genç kan transfüzyonunun yanı sıra deri altı çiplerin implantasyonu. Bu durumda zenginlerin aklına "ölüm hackleme" ya da yaşlılık gibi bir şey geliyor. Kullandıkları yöntemlerin, bazı insanların hayalini kurduğu ölümsüzlüğün yanı sıra yaşamı önemli ölçüde uzatabileceğine dair henüz ikna edici bir kanıt yok.