De natuur hacken

De natuur zelf kan ons leren hoe we de natuur kunnen hacken, zoals bijen, waarvan Mark Mescher en Consuelo De Moraes van ETH in Zürich opmerkten dat ze vakkundig aan bladeren knabbelen om planten tot bloei te "stimuleren".

Interessant is dat pogingen om deze insectenbehandelingen met onze methoden te repliceren, niet succesvol zijn geweest, en wetenschappers vragen zich nu af of het geheim van effectieve insectenbeschadiging aan bladeren ligt in het unieke patroon dat ze gebruiken, of misschien in de introductie van sommige stoffen door de bijen. Op anderen velden biohacken het gaat echter beter met ons.

Zo ontdekten ingenieurs onlangs hoe zet spinazie om in omgevingssensorische systemendie u kunnen waarschuwen voor de aanwezigheid van explosieven. In 2016 transplanteerden chemisch ingenieur Ming Hao Wong en zijn team aan het MIT koolstofnanobuisjes in spinaziebladeren. Sporen van explosievendie de plant via de lucht of het grondwater opnam, maakte nanobuisjes een fluorescerend signaal afgeven. Om zo'n signaal uit de fabriek op te vangen, werd een kleine infraroodcamera op het blad gericht en bevestigd aan een Raspberry Pi-chip. Toen de camera een signaal detecteerde, activeerde deze een e-mailwaarschuwing. Na het ontwikkelen van nanosensoren in spinazie, begon Wong andere toepassingen voor de technologie te ontwikkelen, vooral in de landbouw om te waarschuwen voor droogte of ongedierte.

het fenomeen bioluminescentie bijvoorbeeld. in inktvis, kwallen en andere zeedieren. De Franse ontwerpster Sandra Rey presenteert bioluminescentie als een natuurlijke manier van verlichting, dat wil zeggen het creëren van "levende" lantaarns die licht uitstralen zonder elektriciteit (2). Ray is de oprichter en CEO van Glowee, een bioluminescent verlichtingsbedrijf. Hij voorspelt dat ze op een dag de conventionele elektrische straatverlichting kunnen vervangen.

2. Glowee-verlichtingsvisualisatie

Voor de productie van licht worden technici van Glowee ingeschakeld bioluminescentie gen verkregen uit Hawaiiaanse inktvis in E. coli-bacteriën, en vervolgens laten ze deze bacteriën groeien. Door het DNA te programmeren, kunnen ingenieurs de kleur van het licht regelen wanneer het aan en uit gaat, evenals vele andere aanpassingen. Deze bacteriën moeten natuurlijk worden verzorgd en gevoed om in leven en stralend te blijven, dus het bedrijf werkt eraan om het licht langer aan te houden. Op dit moment, zegt Rei van Wired, hebben ze één systeem dat zes dagen draait. Door de huidige beperkte levensduur van de armaturen zijn deze momenteel vooral geschikt voor evenementen of festivals.

Huisdieren met elektronische rugzakken

Je kunt insecten bekijken en proberen ze na te doen. Je kunt ze ook proberen te "hacken" en gebruiken als... miniatuur drones. Hommels zijn uitgerust met "rugzakken" met sensoren, zoals boeren die gebruiken om hun akkers te monitoren (3). Het probleem met microdrones is macht. Met insecten is er geen probleem. Ze vliegen onvermoeibaar. Ingenieurs laadden hun "bagage" vol met sensoren, geheugen voor gegevensopslag, ontvangers voor het volgen van locaties en batterijen voor het voeden van elektronica (dat wil zeggen, veel kleinere capaciteit) - allemaal met een gewicht van 102 milligram. Terwijl de insecten hun dagelijkse bezigheden uitvoeren, meten sensoren de temperatuur en vochtigheid, en hun positie wordt gevolgd met behulp van een radiosignaal. Na terugkeer in de korf worden gegevens gedownload en wordt de batterij draadloos opgeladen. Het team van wetenschappers noemt hun technologie Living IoT.

3. Live IoT, een hommel met een elektronisch systeem op zijn rug

Zoöloog Max Planck Instituut voor Ornithologie. Martin Wikelski besloot het populaire geloof te testen dat dieren een aangeboren vermogen hebben om dreigende rampen aan te voelen. Wikelski leidt het internationale animal sensing-project ICARUS. De auteur van het ontwerp en het onderzoek verwierf bekendheid toen hij zich aanmeldde GPS-bakens dieren (4), zowel grote als kleine, om de invloed van verschijnselen op hun gedrag te bestuderen. Wetenschappers hebben onder meer aangetoond dat een verhoogde aanwezigheid van witte ooievaars een aanwijzing kan zijn voor sprinkhanenplagen, en dat de locatie en lichaamstemperatuur van wilde eenden een aanwijzing kunnen zijn voor de verspreiding van vogelgriep onder mensen.

4. Martin Wikelski en de zenderooievaar

Nu gebruikt Wikelski geiten om erachter te komen of er iets in de oude theorieën is dat dieren 'weten' over dreigende aardbevingen en vulkaanuitbarstingen. Onmiddellijk na de enorme aardbeving in Norcia in Italië in 2016, zette Wikelski vee in de buurt van het epicentrum van een halsband om te zien of ze zich anders gedroegen vóór de schokken. Elke halsband bevatte beide GPS-volgapparaatals een versnellingsmeter.

Later legde hij uit dat het met zo'n 2-uurs monitoring mogelijk is om "normaal" gedrag te identificeren en vervolgens naar afwijkingen te zoeken. Wikelski en zijn team merkten op dat de dieren sneller versnelden in de uren voordat de aardbeving toesloeg. Hij observeerde "waarschuwingsperioden" van 18 tot XNUMX uur, afhankelijk van de afstand tot het epicentrum. Wikelski vraagt ​​patent aan voor een rampenwaarschuwingssysteem gebaseerd op collectief gedrag van dieren ten opzichte van een baseline.

Verbeter de efficiëntie van de fotosynthese

De aarde leeft omdat ze over de hele wereld plant zuurstof afgeven als bijproduct van de fotosyntheseen sommige worden extra voedzaam voedsel. De fotosynthese is echter onvolmaakt, ondanks vele miljoenen jaren van evolutie. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois zijn begonnen met het corrigeren van de defecten in de fotosynthese, die volgens hen de oogstopbrengsten met wel 40 procent zouden kunnen verhogen.

Ze concentreerden zich op een proces dat fotorespiratie wordt genoemdwat niet zozeer een onderdeel is van fotosynthese als wel het gevolg ervan. Zoals veel biologische processen werkt fotosynthese niet altijd perfect. Tijdens fotosynthese nemen planten water en koolstofdioxide op en zetten ze om in suikers (voeding) en zuurstof. Planten hebben geen zuurstof nodig, dus die wordt verwijderd.

De onderzoekers isoleerden een enzym genaamd ribulose-1,5-bisfosfaatcarboxylase/oxygenase (RuBisCO). Dit eiwitcomplex bindt een koolstofdioxidemolecuul aan ribulose-1,5-bisfosfaat (RuBisCO). Door de eeuwen heen is de atmosfeer van de aarde meer geoxideerd geraakt, wat betekent dat RuBisCO te maken heeft met meer zuurstofmoleculen vermengd met koolstofdioxide. In een op de vier gevallen vangt RuBisCO per ongeluk een zuurstofmolecuul op en dit beïnvloedt de prestaties.

Vanwege de imperfectie van dit proces blijven planten achter met giftige bijproducten zoals glycolaat en ammoniak. De verwerking van deze verbindingen (via fotorespiratie) vereist energie, die wordt toegevoegd aan de verliezen als gevolg van de inefficiëntie van fotosynthese. De auteurs van de studie merken op dat rijst, tarwe en sojabonen hierdoor een tekort hebben, en RuBisCO wordt nog minder nauwkeurig naarmate de temperatuur stijgt. Dit betekent dat naarmate de opwarming van de aarde toeneemt, de voedselvoorziening kan afnemen.

Deze oplossing maakt deel uit van een programma genaamd (RIPE) en omvat de introductie van nieuwe genen die fotorespiratie sneller en energiezuiniger maken. Het team ontwikkelde drie alternatieve routes met behulp van de nieuwe genetische sequenties. Deze paden zijn geoptimaliseerd voor 1700 verschillende plantensoorten. Twee jaar lang hebben de wetenschappers deze sequenties getest met gemodificeerde tabak. Het is een veel voorkomende plant in de wetenschap omdat zijn genoom uitzonderlijk goed wordt begrepen. Meer efficiënte wegen voor fotorespiratie zorgen ervoor dat planten een aanzienlijke hoeveelheid energie kunnen besparen die kan worden gebruikt voor hun groei. De volgende stap is het introduceren van genen in voedselgewassen zoals sojabonen, bonen, rijst en tomaten.

Kunstmatige bloedcellen en genknipsels

De natuur hacken dit leidt uiteindelijk naar de man zelf. Vorig jaar meldden Japanse wetenschappers dat ze een kunstmatig bloed hadden ontwikkeld dat bij elke patiënt kan worden gebruikt, ongeacht de bloedgroep, dat verschillende real-life toepassingen heeft in de traumageneeskunde. Onlangs hebben wetenschappers een nog grotere doorbraak bereikt door synthetische rode bloedcellen te maken (5). Deze kunstmatige bloedcellen ze tonen niet alleen de eigenschappen van hun natuurlijke tegenhangers, maar hebben ook geavanceerde mogelijkheden. Een team van de Universiteit van New Mexico, het Sandia National Laboratory en de South China Polytechnic University hebben rode bloedcellen gemaakt die niet alleen zuurstof naar verschillende delen van het lichaam kunnen transporteren, maar ook medicijnen kunnen afgeven, gifstoffen kunnen detecteren en andere taken kunnen uitvoeren. .

5. Synthetische bloedcellen

Het proces van het maken van kunstmatige bloedcellen het werd geïnitieerd door natuurlijke cellen die eerst werden bedekt met een dunne laag silica en vervolgens met lagen positieve en negatieve polymeren. De silica wordt vervolgens geëtst en uiteindelijk wordt het oppervlak bedekt met natuurlijke erytrocytenmembranen. Dit heeft geleid tot de creatie van kunstmatige erytrocyten met de grootte, vorm, lading en oppervlakte-eiwitten die vergelijkbaar zijn met echte.

Bovendien toonden de onderzoekers de flexibiliteit van nieuw gevormde bloedcellen aan door ze door kleine gaatjes in modelcapillairen te duwen. Ten slotte werden bij testen bij muizen geen toxische bijwerkingen gevonden, zelfs niet na 48 uur circulatie. De tests laadden deze cellen met hemoglobine, medicijnen tegen kanker, toxiciteitssensoren of magnetische nanodeeltjes om aan te tonen dat ze verschillende soorten ladingen konden dragen. Kunstmatige cellen kunnen ook dienen als lokaas voor ziekteverwekkers.

De natuur hacken dit leidt uiteindelijk tot het idee van genetische correctie, het repareren en manipuleren van mensen, en het openen van herseninterfaces voor directe interactie tussen hersenen.

Momenteel is er veel angst en bezorgdheid over het vooruitzicht van genetische modificatie bij de mens. Argumenten voor zijn ook sterk, zoals dat genetische manipulatietechnieken kunnen helpen de ziekte te elimineren. Ze kunnen vele vormen van pijn en angst elimineren. Ze kunnen de intelligentie en levensduur van mensen verhogen. Sommige mensen gaan zelfs zo ver dat ze zeggen dat ze de schaal van menselijk geluk en productiviteit met vele ordes van grootte kunnen veranderen.

Genetische manipulatieals de verwachte gevolgen serieus werden genomen, zou het kunnen worden gezien als een historische gebeurtenis, gelijk aan de Cambrische explosie, die het tempo van de evolutie veranderde. Als de meeste mensen aan evolutie denken, denken ze aan biologische evolutie door natuurlijke selectie, maar het blijkt dat er andere vormen van denkbaar zijn.

Vanaf de jaren 'XNUMX begonnen mensen het DNA van planten en dieren aan te passen (zie ook: ), schepping genetisch gemodificeerd etenenz. Momenteel worden er elk jaar een half miljoen kinderen geboren met behulp van IVF. In toenemende mate omvatten deze processen ook het sequentiëren van embryo's om te screenen op ziekten en het bepalen van het meest levensvatbare embryo (een vorm van genetische manipulatie, zij het zonder daadwerkelijke actieve veranderingen in het genoom).

Met de komst van CRISPR en soortgelijke technologieën (6) zijn we getuige geweest van een explosie van onderzoek naar het aanbrengen van echte veranderingen in DNA. In 2018 creëerde He Jiankui de eerste genetisch gemodificeerde kinderen in China, waarvoor hij naar de gevangenis werd gestuurd. Deze kwestie is momenteel het onderwerp van een fel ethisch debat. In 2017 keurden de Amerikaanse National Academy of Sciences en de National Academy of Medicine het concept van het bewerken van het menselijk genoom goed, maar alleen "na het vinden van antwoorden op vragen over veiligheid en prestaties" en "alleen in het geval van ernstige ziekten en onder nauw toezicht. "

Het standpunt van "designerbaby's", dat wil zeggen het ontwerpen van mensen door de eigenschappen te kiezen die een kind zou moeten hebben om geboren te worden, veroorzaakt controverse. Dit is onwenselijk omdat wordt aangenomen dat alleen de rijken en bevoorrechten toegang hebben tot dergelijke methoden. Ook al is zo'n ontwerp lange tijd technisch onmogelijk, dat zal het ook wel zijn genetische manipulatie met betrekking tot het verwijderen van genen voor defecten en ziekten worden niet duidelijk geëvalueerd. Nogmaals, zoals velen vrezen, zal dit alleen beschikbaar zijn voor een select aantal.

Dit is echter niet zo eenvoudig een uitsnijding en opname van knoppen als degenen die bekend zijn met CRISPR voornamelijk uit illustraties in de pers zich voorstellen. Veel menselijke kenmerken en vatbaarheid voor ziekten worden niet gecontroleerd door een of twee genen. Ziekten variëren van één gen hebben, voorwaarden scheppen voor vele duizenden risicoopties, gevoeligheid voor omgevingsfactoren vergroten of verkleinen. Hoewel veel ziekten, zoals depressie en diabetes, polygeen zijn, helpt zelfs het eenvoudig wegknippen van individuele genen vaak. Verve ontwikkelt bijvoorbeeld een gentherapie die de prevalentie van hart- en vaatziekten vermindert, een van de belangrijkste doodsoorzaken wereldwijd. relatief kleine edities van het genoom.

Voor complexe taken, en een daarvan polygene basis van ziekte, is het gebruik van kunstmatige intelligentie sinds kort een recept. Het is gebaseerd op bedrijven zoals degene die ouders een polygene risicobeoordeling is gaan aanbieden. Bovendien worden genomische datasets met sequentiebepaling steeds groter (sommige met meer dan een miljoen genomen waarvan de sequentie is bepaald), wat de nauwkeurigheid van machine learning-modellen in de loop van de tijd zal vergroten.

hersen netwerk

In zijn boek noemde Miguel Nicolelis, een van de pioniers van wat nu bekend staat als 'brain hacking', communicatie de toekomst van de mensheid, de volgende fase in de evolutie van onze soort. Hij deed onderzoek waarbij hij de hersenen van verschillende ratten met elkaar verbond met behulp van geavanceerde geïmplanteerde elektroden die bekend staan ​​als brain-brain interfaces.

Nicolelis en zijn collega's beschreven de prestatie als de eerste "organische computer" met levende hersenen die met elkaar verbonden waren alsof het meerdere microprocessors waren. De dieren in dit netwerk hebben geleerd om de elektrische activiteit van hun zenuwcellen op dezelfde manier te synchroniseren als in elk individueel brein. Het genetwerkte brein is getest op zaken als het vermogen om onderscheid te maken tussen twee verschillende patronen van elektrische prikkels, en ze presteren meestal beter dan individuele dieren. Als de onderling verbonden hersenen van ratten "slimmer" zijn dan die van een enkel dier, stel je dan de mogelijkheden voor van een biologische supercomputer die onderling verbonden is door een menselijk brein. Zo'n netwerk zou mensen in staat kunnen stellen over taalbarrières heen te werken. En als de resultaten van de rattenstudie correct zijn, zou het netwerken van het menselijk brein de prestaties kunnen verbeteren, zo lijkt het tenminste.

Er zijn recente experimenten geweest, ook genoemd in de pagina's van MT, waarbij de hersenactiviteit van een klein netwerk van mensen werd gebundeld. Drie mensen die in verschillende kamers zaten, werkten samen om het blok correct te oriënteren, zodat het de kloof tussen andere blokken in een Tetris-achtig videospel kon overbruggen. Twee mensen die optraden als "zenders", met elektro-encefalogrammen (EEG's) op hun hoofd die de elektrische activiteit van hun hersenen registreerden, zagen de opening en wisten of het blok moest worden gedraaid om te passen. De derde persoon, die als "ontvanger" optrad, kende de juiste oplossing niet en moest vertrouwen op instructies die rechtstreeks vanuit de hersenen van de afzenders werden verzonden. In totaal werden vijf groepen mensen getest met dit netwerk, genaamd "BrainNet" (7), en gemiddeld bereikten ze een nauwkeurigheid van meer dan 80% voor de taak.

7. Foto uit het BrainNet-experiment

Om het nog moeilijker te maken, voegden de onderzoekers soms ruis toe aan het signaal van een van de zenders. Geconfronteerd met tegenstrijdige of dubbelzinnige instructies, leerden ontvangers snel de preciezere instructies van de afzender te identificeren en op te volgen. De onderzoekers merken op dat dit het eerste rapport is dat de hersenen van veel mensen op een volledig niet-invasieve manier zijn bedraad. Ze beweren dat het aantal mensen van wie de hersenen kunnen worden genetwerkt, praktisch onbeperkt is. Ze suggereren ook dat informatieoverdracht met behulp van niet-invasieve methoden kan worden verbeterd door gelijktijdige beeldvorming van hersenactiviteit (fMRI), omdat dit mogelijk de hoeveelheid informatie vergroot die een omroep kan overbrengen. Echter, fMRI is geen gemakkelijke procedure, en het zal een toch al uiterst moeilijke taak bemoeilijken. De onderzoekers speculeren ook dat het signaal kan worden gericht op specifieke delen van de hersenen om het bewustzijn van specifieke semantische inhoud in de hersenen van de ontvanger te activeren.

Tegelijkertijd evolueren tools voor meer invasieve en mogelijk efficiëntere hersenconnectiviteit snel. он аск kondigde onlangs de ontwikkeling aan van een BCI-implantaat met XNUMX elektroden om brede communicatie tussen computers en zenuwcellen in de hersenen mogelijk te maken. (DARPA) heeft een implanteerbare neurale interface ontwikkeld die in staat is om tegelijkertijd een miljoen zenuwcellen af ​​te vuren. Hoewel deze BCI-modules niet specifiek zijn ontworpen om samen te werken hersenen-hersenenhet is niet moeilijk voor te stellen dat ze voor dergelijke doeleinden kunnen worden gebruikt.

Naast het bovenstaande is er nog een ander begrip van "biohacking", dat vooral in Silicon Valley in de mode is en bestaat uit verschillende soorten wellnessprocedures met soms twijfelachtige wetenschappelijke grondslagen. Onder hen zijn verschillende diëten en bewegingstechnieken, evenals incl. transfusie van jong bloed, evenals implantatie van onderhuidse chips. In dit geval denken de rijken aan zoiets als "de dood hacken" of ouderdom. Tot nu toe is er geen overtuigend bewijs dat de methoden die ze gebruiken het leven aanzienlijk kunnen verlengen, om nog maar te zwijgen van de onsterfelijkheid waar sommigen van dromen.