Hacio natur

Gall natur ei hun ein dysgu sut i hacio i mewn i natur, fel y gwenyn, a nododd Mark Mescher a Consuelo De Moraes o ETH yn Zurich eu bod yn cnoi dail yn arbenigol i "annog" planhigion i flodeuo.

Yn ddiddorol, aflwyddiannus fu ymdrechion i ailadrodd y triniaethau pryfed hyn gyda'n dulliau, ac mae gwyddonwyr bellach yn pendroni a yw'r gyfrinach i ddifrod effeithiol gan bryfed i ddail yn gorwedd yn y patrwm unigryw y maent yn ei ddefnyddio, neu efallai wrth gyflwyno rhai sylweddau gan wenyn. Ar eraill meysydd biohacio fodd bynnag, rydym yn gwneud yn well.

Er enghraifft, darganfu peirianwyr sut yn ddiweddar troi sbigoglys yn systemau synhwyraidd amgylcheddola all eich rhybuddio am bresenoldeb ffrwydron. Yn 2016, trawsblannodd y peiriannydd cemegol Ming Hao Wong a'i dîm yn MIT nanotiwbiau carbon yn ddail sbigoglys. olion ffrwydrony mae'r planhigyn yn amsugno drwy'r aer neu ddŵr daear, gwneud nanotiwbiau allyrru signal fflwroleuol. Er mwyn dal signal o'r fath o'r ffatri, cafodd camera isgoch bach ei bwyntio at y ddeilen a'i gysylltu â sglodyn Raspberry Pi. Pan ganfu'r camera signal, ysgogodd rybudd e-bost. Ar ôl datblygu nanosensors mewn sbigoglys, dechreuodd Wong ddatblygu cymwysiadau eraill ar gyfer y dechnoleg, yn enwedig mewn amaethyddiaeth i rybuddio am sychder neu blâu.

ffenomen bioymoleuedd, er enghraifft. mewn sgwid, slefrod môr a chreaduriaid môr eraill. Mae'r dylunydd Ffrengig Sandra Rey yn cyflwyno bioymoleuedd fel ffordd naturiol o oleuo, hynny yw, creu llusernau "byw" sy'n allyrru golau heb drydan (2). Ray yw sylfaenydd a Phrif Swyddog Gweithredol Glowee, cwmni goleuo bioluminescent. Mae'n rhagweld y byddan nhw'n gallu newid goleuadau stryd trydan confensiynol un diwrnod.

2. Delweddu Goleuadau Glowee

Ar gyfer cynhyrchu golau, mae technegwyr Glowee yn cynnwys genyn bioymoleuedd a geir o môr-gyllyll Hawäi i mewn i E. coli bacteria, ac yna maent yn tyfu bacteria hyn. Trwy raglennu'r DNA, gall peirianwyr reoli lliw'r golau pan fydd yn diffodd ac ymlaen, yn ogystal â llawer o addasiadau eraill. Mae'n amlwg bod angen gofalu am y bacteria hyn a'u bwydo i aros yn fyw ac yn pelydru, felly mae'r cwmni'n gweithio i gadw'r golau ymlaen yn hirach. Ar hyn o bryd, meddai Rei yn Wired, mae ganddyn nhw un system sydd wedi bod yn rhedeg ers chwe diwrnod. Mae hyd oes cyfyngedig presennol y luminaires yn golygu eu bod ar hyn o bryd yn bennaf addas ar gyfer digwyddiadau neu wyliau.

Anifeiliaid anwes gyda bagiau cefn electronig

Gallwch wylio pryfed a cheisio eu dynwared. Gallwch hefyd geisio eu “hacio” a'u defnyddio fel… dronau bach. Mae gan gacwn "baciau cefn" gyda synwyryddion, fel y rhai a ddefnyddir gan ffermwyr i fonitro eu caeau (3). Y broblem gyda microdronau yw pŵer. Nid oes problem o'r fath gyda phryfed. Maent yn hedfan yn ddiflino. Roedd peirianwyr yn llwytho eu "bagiau" gyda synwyryddion, cof ar gyfer storio data, derbynyddion ar gyfer olrhain lleoliad a batris ar gyfer pweru electroneg (hynny yw, gallu llawer llai) - i gyd yn pwyso 102 miligram. Wrth i'r pryfed fynd o gwmpas eu gweithgareddau dyddiol, mae synwyryddion yn mesur tymheredd a lleithder, ac mae eu lleoliad yn cael ei olrhain gan ddefnyddio signal radio. Ar ôl dychwelyd i'r cwch, mae data'n cael ei lawrlwytho ac mae'r batri yn cael ei wefru'n ddi-wifr. Mae'r tîm o wyddonwyr yn galw eu technoleg Living IoT.

3. Live IoT, sef cacwn gyda system electronig ar ei chefn

Sŵolegydd yn Sefydliad Adareg Max Planck. Martin Wikelski penderfynodd roi prawf ar y gred boblogaidd bod gan anifeiliaid allu cynhenid ​​​​i synhwyro trychinebau sydd ar ddod. Mae Wikelski yn arwain y prosiect synhwyro anifeiliaid rhyngwladol, ICARUS. Daeth awdur y cynllun a'r ymchwil i enwogrwydd pan ymgysylltodd Goleuadau GPS anifeiliaid (4), mawr a bach, er mwyn astudio dylanwad ffenomenau ar eu hymddygiad. Mae gwyddonwyr wedi dangos, ymhlith pethau eraill, y gall presenoldeb cynyddol o foncyff gwyn fod yn arwydd o blâu locust, a gall lleoliad a thymheredd corff hwyaid hwyaid wyllt fod yn arwydd o ledaeniad ffliw adar ymhlith pobl.

4. Martin Wikelski a'r stork trosglwyddydd

Nawr mae Wikelski yn defnyddio geifr i ddarganfod a oes rhywbeth yn y damcaniaethau hynafol y mae anifeiliaid yn eu "gwybod" am ddaeargrynfeydd sydd ar ddod a ffrwydradau folcanig. Yn syth ar ôl daeargryn enfawr Norcia yn 2016 yn yr Eidal, collodd Wikelski dda byw ger yr uwchganolbwynt i weld a oeddent yn ymddwyn yn wahanol cyn y siociau. Roedd pob coler yn cynnwys y ddau Dyfais olrhain GPSfel cyflymromedr.

Esboniodd yn ddiweddarach, gyda monitro rownd y cloc o'r fath, ei bod yn bosibl nodi ymddygiad "normal" ac yna edrych am annormaleddau. Nododd Wikelski a'i dîm fod yr anifeiliaid wedi cynyddu eu cyflymiad yn yr oriau cyn i'r daeargryn daro. Arsylwodd "cyfnodau rhybudd" o 2 i 18 awr, yn dibynnu ar y pellter o'r uwchganolbwynt. Mae Wikelski yn gwneud cais am batent ar gyfer system rhybuddio am drychineb yn seiliedig ar ymddygiad cyfunol anifeiliaid o gymharu â gwaelodlin.

Gwella effeithlonrwydd ffotosynthesis

Mae'r ddaear yn byw oherwydd ei bod yn plannu ledled y byd rhyddhau ocsigen fel sgil-gynnyrch ffotosynthesisac mae rhai ohonynt yn dod yn fwydydd maethlon ychwanegol. Fodd bynnag, mae ffotosynthesis yn amherffaith, er gwaethaf miliynau lawer o flynyddoedd o esblygiad. Mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Illinois wedi dechrau gweithio ar gywiro'r diffygion mewn ffotosynthesis, a allai gynyddu cynnyrch cnwd hyd at 40 y cant yn eu barn nhw.

Roeddent yn canolbwyntio ar proses a elwir yn ffotoresbiradaethsydd ddim yn gymaint o ran o ffotosynthesis â'i ganlyniad. Fel llawer o brosesau biolegol, nid yw ffotosynthesis bob amser yn gweithio'n berffaith. Yn ystod ffotosynthesis, mae planhigion yn cymryd dŵr a charbon deuocsid i mewn ac yn eu troi'n siwgrau (bwyd) ac ocsigen. Nid oes angen ocsigen ar blanhigion, felly caiff ei symud.

Fe wnaeth yr ymchwilwyr ynysu ensym o'r enw ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO). Mae'r cymhlyg protein hwn yn rhwymo moleciwl carbon deuocsid i ribwlos-1,5-bisffosffad (RuBisCO). Dros y canrifoedd, mae atmosffer y Ddaear wedi dod yn fwy ocsidiedig, sy'n golygu bod yn rhaid i RuBisCO ddelio â mwy o foleciwlau ocsigen wedi'u cymysgu â charbon deuocsid. Mewn un o bob pedwar achos, mae RuBisCO yn dal moleciwl ocsigen ar gam, ac mae hyn yn effeithio ar berfformiad.

Oherwydd amherffeithrwydd y broses hon, mae planhigion yn cael eu gadael â sgil-gynhyrchion gwenwynig fel glycolate ac amonia. Mae prosesu'r cyfansoddion hyn (trwy ffotoresbiradaeth) yn gofyn am egni, sy'n cael ei ychwanegu at y colledion sy'n deillio o aneffeithlonrwydd ffotosynthesis. Mae awduron yr astudiaeth yn nodi bod reis, gwenith a ffa soia yn ddiffygiol oherwydd hyn, ac mae RuBisCO yn dod yn llai cywir fyth wrth i'r tymheredd godi. Mae hyn yn golygu, wrth i gynhesu byd-eang ddwysáu, efallai y bydd gostyngiad mewn cyflenwadau bwyd.

Mae'r datrysiad hwn yn rhan o raglen o'r enw (RIPE) ac mae'n cynnwys cyflwyno genynnau newydd sy'n gwneud ffotoresbiradaeth yn gyflymach ac yn fwy ynni-effeithlon. Datblygodd y tîm dri llwybr amgen gan ddefnyddio'r dilyniannau genetig newydd. Mae'r llwybrau hyn wedi'u hoptimeiddio ar gyfer 1700 o rywogaethau planhigion gwahanol. Am ddwy flynedd, profodd y gwyddonwyr y dilyniannau hyn gan ddefnyddio tybaco wedi'i addasu. Mae'n blanhigyn cyffredin mewn gwyddoniaeth oherwydd mae dealltwriaeth eithriadol o dda o'i genom. Mwy llwybrau effeithlon ar gyfer photorespiration caniatáu i blanhigion arbed swm sylweddol o ynni y gellir ei ddefnyddio ar gyfer eu twf. Y cam nesaf yw cyflwyno genynnau i gnydau bwyd fel ffa soia, ffa, reis a thomatos.

Celloedd gwaed artiffisial a thoriadau genynnau

Hacio natur mae hyn yn arwain yn y diwedd at y dyn ei hun. Y llynedd, adroddodd gwyddonwyr o Japan eu bod wedi datblygu gwaed artiffisial y gellir ei ddefnyddio ar unrhyw glaf, waeth beth fo'r math o waed, sydd â sawl cymhwysiad bywyd go iawn mewn meddygaeth trawma. Yn ddiweddar, mae gwyddonwyr wedi gwneud cynnydd hyd yn oed yn fwy trwy greu celloedd gwaed coch synthetig (5). Rhain celloedd gwaed artiffisial maent nid yn unig yn arddangos priodweddau eu cymheiriaid naturiol, ond mae ganddynt hefyd alluoedd gwell. Mae tîm o Brifysgol New Mexico, Sandia National Labordy, a Phrifysgol Polytechnig De Tsieina wedi creu celloedd gwaed coch a all nid yn unig gludo ocsigen i wahanol rannau o'r corff, ond hefyd yn darparu cyffuriau, synhwyro tocsinau, a pherfformio tasgau eraill. .

5. Cell gwaed synthetig

Y broses o greu celloedd gwaed artiffisial fe'i cychwynnwyd gan gelloedd naturiol a gafodd eu gorchuddio gyntaf â haen denau o silica ac yna gyda haenau o bolymerau positif a negyddol. Yna caiff y silica ei ysgythru ac yn olaf mae'r wyneb wedi'i orchuddio â philenni erythrocyte naturiol. Mae hyn wedi arwain at greu erythrocytes artiffisial sydd â'r maint, siâp, gwefr ac arwyneb proteinau tebyg i rai go iawn.

Yn ogystal, dangosodd yr ymchwilwyr hyblygrwydd celloedd gwaed newydd eu ffurfio trwy eu gwthio trwy fylchau bach mewn capilarïau model. Yn olaf, pan gafodd ei brofi mewn llygod, ni ddarganfuwyd unrhyw sgîl-effeithiau gwenwynig hyd yn oed ar ôl 48 awr o gylchrediad. Roedd y profion yn llwytho'r celloedd hyn â haemoglobin, cyffuriau gwrth-ganser, synwyryddion gwenwyndra, neu nanoronynnau magnetig i ddangos y gallent gario gwahanol fathau o daliadau. Gall celloedd artiffisial hefyd weithredu fel abwyd i bathogenau.

Hacio natur mae hyn yn y pen draw yn arwain at y syniad o gywiro genetig, gosod a pheirianneg bodau dynol, ac agor rhyngwynebau ymennydd ar gyfer cyfathrebu uniongyrchol rhwng ymennydd.

Ar hyn o bryd, mae llawer o bryder a phryder ynghylch y posibilrwydd o addasu genetig dynol. Mae dadleuon o blaid hefyd yn gryf, fel y gall technegau trin genetig helpu i ddileu'r afiechyd. Gallant ddileu llawer o fathau o boen a phryder. Gallant gynyddu deallusrwydd a hirhoedledd pobl. Mae rhai pobl yn mynd mor bell â dweud y gallant newid graddfa hapusrwydd a chynhyrchiant dynol yn ôl llawer o orchmynion maint.

Peirianneg genetigpe bai ei ganlyniadau disgwyliedig yn cael eu cymryd o ddifrif, gellid ei ystyried yn ddigwyddiad hanesyddol, yn gyfartal â ffrwydrad Cambrian, a newidiodd gyflymder yr esblygiad. Pan fydd y rhan fwyaf o bobl yn meddwl am esblygiad, maen nhw'n meddwl am esblygiad biolegol trwy ddetholiad naturiol, ond fel mae'n digwydd, gellir dychmygu ffurfiau eraill ohono.

Gan ddechrau yn y XNUMXs, dechreuodd pobl addasu DNA planhigion ac anifeiliaid (Gweld hefyd: ), creu bwydydd wedi'u haddasu'n enetigac ati Ar hyn o bryd, mae hanner miliwn o blant yn cael eu geni bob blwyddyn gyda chymorth IVF. Yn gynyddol, mae'r prosesau hyn hefyd yn cynnwys dilyniannu embryonau i sgrinio am glefydau a phennu'r embryo mwyaf hyfyw (math o beirianneg enetig, er nad oes newidiadau gweithredol gwirioneddol i'r genom).

Gyda dyfodiad CRISPR a thechnolegau tebyg (6), rydym wedi gweld cynnydd mewn ymchwil i wneud newidiadau gwirioneddol i DNA. Yn 2018, creodd He Jiankui y plant cyntaf a addaswyd yn enetig yn Tsieina, ac anfonwyd ef i'r carchar ar eu cyfer. Mae’r mater hwn yn destun dadl foesegol ffyrnig ar hyn o bryd. Yn 2017, cymeradwyodd Academi Genedlaethol y Gwyddorau yr Unol Daleithiau a'r Academi Feddygaeth Genedlaethol y cysyniad o olygu genom dynol, ond dim ond "ar ôl dod o hyd i atebion i gwestiynau diogelwch a pherfformiad" a "dim ond yn achos clefydau difrifol ac o dan oruchwyliaeth agos. "

Mae safbwynt "babanod dylunwyr", hynny yw, dylunio pobl trwy ddewis y nodweddion y dylai fod yn rhaid i blentyn eu geni, achosi dadl. Nid yw hyn yn ddymunol gan y credir mai dim ond y cyfoethog a'r breintiedig fydd â mynediad i ddulliau o'r fath. Hyd yn oed os yw dyluniad o'r fath yn dechnegol amhosibl am amser hir, bydd hyd yn oed trin genetig o ran dileu genynnau ar gyfer diffygion a chlefydau yn cael eu gwerthuso'n glir. Unwaith eto, fel y mae llawer yn ofni, dim ond i rai dethol y bydd hwn ar gael.

Fodd bynnag, nid yw hwn mor syml â thorri allan a chynnwys botymau ag y mae'r rhai sy'n gyfarwydd â CRISPR yn bennaf o ddarluniau yn y wasg yn ei ddychmygu. Nid yw llawer o nodweddion dynol a thueddiad i glefyd yn cael eu rheoli gan un neu ddau o enynnau. Mae afiechydon yn amrywio o cael un genyn, creu amodau ar gyfer miloedd lawer o opsiynau risg, cynyddu neu leihau tueddiad i ffactorau amgylcheddol. Fodd bynnag, er bod llawer o afiechydon, fel iselder a diabetes, yn amlgenig, mae hyd yn oed torri genynnau unigol yn aml yn helpu. Er enghraifft, mae Verve yn datblygu therapi genynnol sy'n lleihau nifer yr achosion o glefyd cardiofasgwlaidd, un o brif achosion marwolaeth ledled y byd. argraffiadau cymharol fach o'r genom.

Ar gyfer tasgau cymhleth, ac un ohonynt sail polygenig y clefyd, mae'r defnydd o ddeallusrwydd artiffisial wedi dod yn rysáit yn ddiweddar. Mae'n seiliedig ar gwmnïau fel yr un a ddechreuodd gynnig asesiad risg polygenig i rieni. Yn ogystal, mae setiau data genomig wedi'u dilyniannu yn mynd yn fwy ac yn fwy (rhai â thros filiwn o genomau wedi'u dilyniannu), a fydd yn cynyddu cywirdeb modelau dysgu peiriant dros amser.

rhwydwaith yr ymennydd

Yn ei lyfr, galwodd Miguel Nicolelis, un o arloeswyr yr hyn a elwir bellach yn “hacio ymennydd,” cyfathrebu dyfodol dynoliaeth, y cam nesaf yn esblygiad ein rhywogaeth. Cynhaliodd ymchwil lle cysylltodd ymennydd nifer o lygod mawr gan ddefnyddio electrodau soffistigedig wedi'u mewnblannu a elwir yn rhyngwynebau ymennydd-ymennydd.

Disgrifiodd Nicolelis a'i gydweithwyr y cyflawniad fel y "cyfrifiadur organig" cyntaf gydag ymennydd byw wedi'i gysylltu â'i gilydd fel pe baent yn ficrobroseswyr lluosog. Mae'r anifeiliaid yn y rhwydwaith hwn wedi dysgu i gydamseru gweithgaredd trydanol eu celloedd nerfol yn yr un modd ag mewn unrhyw ymennydd unigol. Mae'r ymennydd rhwydwaith wedi'i brofi am bethau fel ei allu i wahaniaethu rhwng dau batrwm gwahanol o ysgogiadau trydanol, ac maent fel arfer yn perfformio'n well na anifeiliaid unigol. Os yw ymennydd rhyng-gysylltiedig llygod mawr yn "gallach" nag ymennydd unrhyw anifail unigol, dychmygwch alluoedd uwchgyfrifiadur biolegol sydd wedi'i gydgysylltu gan ymennydd dynol. Gallai rhwydwaith o'r fath alluogi pobl i weithio ar draws rhwystrau iaith. Hefyd, os yw canlyniadau'r astudiaeth llygod mawr yn gywir, gallai rhwydweithio'r ymennydd dynol wella perfformiad, neu felly mae'n ymddangos.

Bu arbrofion diweddar, a grybwyllwyd hefyd yn nhudalennau MT, a oedd yn cynnwys cronni gweithgaredd ymennydd rhwydwaith bach o bobl. Bu tri o bobl yn eistedd mewn gwahanol ystafelloedd yn gweithio gyda'i gilydd i gyfeirio'r bloc yn gywir fel y gallai bontio'r bwlch rhwng blociau eraill mewn gêm fideo tebyg i Tetris. Gwelodd dau berson a weithredodd fel "anfonwyr," gydag electroencephalographs (EEGs) ar eu pennau a oedd yn cofnodi gweithgaredd trydanol eu hymennydd, y bwlch ac yn gwybod a oedd angen cylchdroi'r bloc i ffitio. Nid oedd y trydydd person, yn gweithredu fel y "derbynnydd", yn gwybod yr ateb cywir ac roedd yn rhaid iddo ddibynnu ar gyfarwyddiadau a anfonwyd yn uniongyrchol o ymennydd yr anfonwyr. Profwyd cyfanswm o bum grŵp o bobl gyda'r rhwydwaith hwn, o'r enw "BrainNet" (7), ac ar gyfartaledd cyflawnwyd dros 80% o gywirdeb ar y dasg.

7. Ffotograff o arbrawf BrainNet

Er mwyn gwneud pethau'n anoddach, roedd yr ymchwilwyr weithiau'n ychwanegu sŵn at y signal a anfonwyd gan un o'r anfonwyr. Yn wyneb cyfarwyddiadau croes neu amwys, dysgodd y derbynwyr yn gyflym i nodi a dilyn cyfarwyddiadau mwy manwl gywir yr anfonwr. Mae'r ymchwilwyr yn nodi mai dyma'r adroddiad cyntaf y mae ymennydd llawer o bobl wedi'i weirio mewn ffordd gwbl an-ymledol. Maen nhw'n dadlau bod nifer y bobl y gellir rhwydweithio eu hymennydd bron yn ddiderfyn. Maent hefyd yn awgrymu y gellir gwella trosglwyddo gwybodaeth gan ddefnyddio dulliau anfewnwthiol trwy ddelweddu gweithgaredd yr ymennydd ar yr un pryd (fMRI), gan fod hyn o bosibl yn cynyddu faint o wybodaeth y gall darlledwr ei chyfleu. Fodd bynnag, nid yw fMRI yn weithdrefn hawdd, a bydd yn cymhlethu tasg sydd eisoes yn hynod o anodd. Mae'r ymchwilwyr hefyd yn dyfalu y gallai'r signal gael ei dargedu i feysydd penodol o'r ymennydd i sbarduno ymwybyddiaeth o gynnwys semantig penodol yn ymennydd y derbynnydd.

Ar yr un pryd, mae offer ar gyfer cysylltedd ymennydd mwy ymledol ac o bosibl yn fwy effeithlon yn esblygu'n gyflym. Elon Musk yn ddiweddar cyhoeddodd ddatblygiad mewnblaniad BCI sy'n cynnwys electrodau XNUMX i alluogi cyfathrebu eang rhwng cyfrifiaduron a chelloedd nerfol yn yr ymennydd. (DARPA) wedi datblygu rhyngwyneb niwral mewnblanadwy sy'n gallu tanio miliwn o gelloedd nerfol ar yr un pryd. Er nad oedd y modiwlau BCI hyn wedi'u cynllunio'n benodol i ryngweithredu ymennydd-ymennyddnid yw'n anodd dychmygu y gellir eu defnyddio at ddibenion o'r fath.

Yn ogystal â'r uchod, mae yna ddealltwriaeth arall o “biohacio”, sy'n ffasiynol yn enwedig yn Silicon Valley ac sy'n cynnwys gwahanol fathau o weithdrefnau lles gyda sylfeini gwyddonol amheus weithiau. Yn eu plith mae dietau amrywiol a thechnegau ymarfer corff, yn ogystal â gan gynnwys. trallwysiad gwaed ifanc, yn ogystal â mewnblannu sglodion isgroenol. Yn yr achos hwn, mae'r cyfoethog yn meddwl am rywbeth fel "hacio marwolaeth" neu henaint. Hyd yn hyn, nid oes tystiolaeth argyhoeddiadol y gall y dulliau a ddefnyddiant ymestyn bywyd yn sylweddol, heb sôn am yr anfarwoldeb y mae rhai yn breuddwydio amdano.