Hacking alam

Alam sorangan bisa ngajarkeun urang kumaha hack kana alam, kawas lebah, nu Mark Mescher na Consuelo De Moraes of ETH di Zurich dicatet yén maranéhna skillfully nibble on daun pikeun "nyorong" tutuwuhan mekar.

Narikna, usaha pikeun ngayakeun réplikasi perlakuan serangga ieu kalayan padika kami henteu suksés, sareng para ilmuwan ayeuna heran naha rusiah karusakan serangga anu efektif dina daun aya dina pola unik anu aranjeunna anggo, atanapi panginten dina ngenalkeun sababaraha zat ku lebah. Dina batur widang biohacking kumaha oge, urang ngalakukeun hadé.

Salaku conto, insinyur nembe mendakan kumaha ngarobah kangkung kana sistem indrawi lingkungannu bisa ngabejaan Anjeun ayana bahan peledak. Taun 2016, insinyur kimiawi Ming Hao Wong sareng timnya di MIT transplanted nanotube karbon kana daun bayem. Sidik bahan peledaknu tutuwuhan diserep ngaliwatan hawa atawa taneuh, dijieunna nanotube ngaluarkeun sinyal fluoresensi. Pikeun néwak sinyal sapertos kitu ti pabrik, kaméra infra red leutik diarahkeun kana daun sareng dipasang dina chip Raspberry Pi. Nalika kaméra ngadeteksi sinyal, éta micu ngageter email. Saatos ngembangkeun nanosensors dina bayem, Wong mimiti ngembangkeun aplikasi séjén pikeun téhnologi, utamana dina tatanén pikeun ngingetkeun halodo atawa hama.

fenomena bioluminescence, contona. dina cumi, jellyfish jeung mahluk laut lianna. Desainer Perancis Sandra Rey nampilkeun bioluminescence salaku cara cahaya alami, nyaéta, nyiptakeun lampion "hirup" anu ngaluarkeun cahaya tanpa listrik (2). Ray nyaéta pangadeg sareng CEO Glowee, perusahaan pencahayaan bioluminescent. Anjeunna ngaramalkeun yén hiji dinten aranjeunna bakal tiasa ngagentos lampu jalan listrik konvensional.

2. Visualisasi Cahaya Glowee

Pikeun produksi cahaya, teknisi Glowee ngalibetkeun gén bioluminescence dicandak ti cuttlefish Hawaii kana baktéri E. coli, lajeng aranjeunna tumuwuh baktéri ieu. Ku program DNA, insinyur bisa ngadalikeun warna lampu nalika dipareuman jeung on, kitu ogé loba modifikasi lianna. Baktéri ieu écés kedah diurus sareng disuap supados tetep hirup sareng radian, ku kituna perusahaan damel pikeun ngajaga lampu langkung lami. Ayeuna, saur Rei di Wired, aranjeunna gaduh hiji sistem anu parantos ngajalankeun genep dinten. The lifespan kawates ayeuna tina luminaires hartina di momen aranjeunna lolobana cocog pikeun acara atawa festival.

Pets kalawan backpacks éléktronik

Anjeun tiasa ningali serangga sareng nyobian niru aranjeunna. Anjeun ogé tiasa nyobian "hack" aranjeunna sareng dianggo salaku… miniatur drones. Bangbung Hideung dilengkepan ku “ransel” anu aya sénsorna, saperti anu digunakeun ku patani pikeun ngawas sawahna (3). Masalah sareng microdrones nyaéta kakuatan. Teu aya masalah sapertos serangga. Aranjeunna ngapung teu tirelessly. Insinyur ngeusian "koper"na ku sénsor, mémori pikeun neundeun data, panarima pikeun nyukcruk lokasi sareng batré pikeun kakuatan éléktronik (nyaéta, kapasitas anu langkung alit) - sadayana beuratna 102 miligram. Nalika serangga ngalaksanakeun kagiatan sapopoé, sénsor ngukur suhu sareng kalembaban, sareng posisina dilacak nganggo sinyal radio. Saatos mulang ka sarang, data diundeur sareng batréna dicas sacara nirkabel. Tim ilmuwan nyauran téknologina Living IoT.

3. Live IoT, nu mangrupakeun bangbarung kalawan sistem éléktronik dina tonggong

Zoologist di Max Planck Institute pikeun Ornithology. Martin Wikelski mutuskeun pikeun nguji kapercayaan umum yén sato gaduh kamampuan bawaan pikeun ngaraos bencana anu bakal datang. Wikelski mingpin proyék sensing sato internasional, ICARUS. Panulis desain jeung panalungtikan miboga notoriety nalika anjeunna napel GPS beacons sasatoan (4), boh nu gedé boh nu leutik, dina raraga nalungtik pangaruh fénoména kana paripolahna. Élmuwan parantos nunjukkeun, diantara hal séjén, yén paningkatan bangau bodas tiasa nunjukkeun serangan locust, sareng lokasi sareng suhu awak bebek mallard tiasa nunjukkeun panyebaran flu burung di antara manusa.

4. Martin Wikelski jeung stork pamancar

Ayeuna Wikelski ngagunakeun embe pikeun manggihan lamun aya hal dina téori kuna yén sato "nyaho" ngeunaan impending lini jeung bitu vulkanik. Langsung saatos gempa masif 2016 Norcia di Italia, Wikelski ngarambat ternak caket pusat gempa pikeun ningali naha aranjeunna kalakuanana béda sateuacan guncangan. Unggal kerah ngandung duanana alat tracking GPSkawas accelerometer.

Anjeunna teras ngécéskeun yén kalayan ngawaskeun jam-jaman sapertos kitu, kamungkinan pikeun ngaidentipikasi kabiasaan "normal" teras milarian abnormalitas. Wikelski sarta timnya nyatet yén sato ngaronjat akselerasi maranéhanana dina jam saméméh gempa. Anjeunna ningali "periode peringatan" ti 2 dugi ka 18 jam, gumantung kana jarakna ti pusat gempa. Wikelski nerapkeun patén pikeun sistem peringatan bencana dumasar kana paripolah koléktif sato relatif ka garis dasar.

Ningkatkeun efisiensi fotosintésis

Bumi hirup sabab melak di sakuliah dunya ngaleupaskeun oksigén salaku hasil samping tina fotosintésissarta sawatara di antarana jadi kadaharan bergizi tambahan. Sanajan kitu, fotosintésis teu sampurna, sanajan loba jutaan taun évolusi. Panaliti di Universitas Illionis parantos ngamimitian ngerjakeun koréksi cacad dina fotosintésis, anu aranjeunna yakin tiasa ningkatkeun hasil pamotongan dugi ka 40 persen.

Aranjeunna difokuskeun prosés nu disebut photorespirationnu teu jadi loba bagian tina fotosintésis salaku konsekuensi na. Kawas loba prosés biologis, fotosintésis teu salawasna jalan sampurna. Salila fotosintésis, tatangkalan nyokot cai jeung karbon dioksida sarta ngarobahna jadi gula (dahareun) jeung oksigén. Tutuwuhan henteu peryogi oksigén, janten éta dipiceun.

Para panalungtik ngaisolasi énzim anu disebut ribulosa-1,5-bifosfat karboksilase/oksigénase (RuBisCO). Kompléks protéin ieu ngabeungkeut molekul karbon dioksida kana ribulosa-1,5-bifosfat (RuBisCO). Salila sababaraha abad, atmosfir Bumi geus jadi leuwih teroksidasi, hartina RuBisCO kudu nungkulan leuwih molekul oksigén dicampur karbon dioksida. Dina hiji tina opat kasus, RuBisCO salah néwak hiji molekul oksigén, sarta ieu mangaruhan kinerja.

Kusabab teu sampurna prosés ieu, pepelakan ditinggalkeun ku produk sampingan toksik sapertos glikolat sareng amonia. Ngolah sanyawa ieu (ngaliwatan fotoréspirasi) merlukeun énergi, nu ditambahkeun kana karugian hasilna tina inefficiency fotosintésis. Panulis panaliti nyatakeun yén sangu, gandum sareng kedelé kakurangan kusabab ieu, sareng RuBisCO janten kirang akurat nalika suhu naék. Ieu ngandung harti yén nalika pamanasan global ningkat, tiasa aya pangurangan pasokan pangan.

Solusi ieu mangrupikeun bagian tina program anu disebut (RIPE) sareng ngalibatkeun ngenalkeun gén énggal anu ngajantenkeun fotoréspirasi langkung gancang sareng langkung éfisién énergi. Tim ngembangkeun tilu jalur alternatif ngagunakeun sekuen genetik anyar. Jalur ieu parantos dioptimalkeun pikeun 1700 spésiés pepelakan anu béda. Salila dua taun, para ilmuwan nguji runtuyan ieu ngagunakeun bako dirobah. Éta mangrupikeun tutuwuhan anu umum dina élmu sabab génomna kahartos pisan. Tambih deui jalur efisien pikeun photorespiration ngidinan tutuwuhan pikeun nyimpen jumlah signifikan énergi anu bisa dipaké pikeun tumuwuh maranéhanana. Léngkah satuluyna nyaéta ngawanohkeun gén kana pepelakan pangan saperti kedelé, buncis, sangu jeung tomat.

Sél getih jieunan sareng kliping gen

Hacking alam ieu ngabalukarkeun tungtungna ka lalaki sorangan. Taun ka tukang, élmuwan Jepang ngalaporkeun yén maranéhna geus ngembangkeun hiji getih jieunan anu bisa dipaké dina sagala sabar, paduli golongan getih, nu boga sababaraha aplikasi real-hirup dina ubar trauma. Anyar-anyar ieu, para ilmuwan parantos ngadamel terobosan anu langkung ageung ku nyiptakeun sél getih beureum sintétik (5). Ieu sél getih jieunan aranjeunna henteu ngan némbongkeun sipat counterparts alam maranéhanana, tapi ogé mibanda kamampuhan canggih. Tim ti Universitas New Mexico, Sandia National Laboratory, sarta South China Polytechnic University geus nyieun sél getih beureum nu teu ngan bisa mawa oksigén ka sagala rupa bagian awak, tapi ogé ngirimkeun ubar, racun rasa, sarta ngalaksanakeun tugas séjén. .

5. Sél getih sintétik

Prosés nyiptakeun sél getih jieunan Ieu diprakarsai ku sél alam nu munggaran coated ku lapisan ipis silika lajeng ku lapisan polimér positif jeung negatif. Silika ieu lajeng etched sarta tungtungna beungeutna ditutupan ku mémbran éritrosit alam. Ieu nyababkeun nyiptakeun éritrosit jieunan anu gaduh ukuran, bentuk, muatan sareng protéin permukaan anu sami sareng anu nyata.

Salaku tambahan, para panalungtik nunjukkeun kalenturan sél getih anu nembé kabentuk ku ngadorong aranjeunna ngalangkungan sela-sela leutik dina kapilér modél. Tungtungna, nalika diuji dina mencit, teu aya efek samping toksik anu kapanggih sanajan saatos 48 jam sirkulasi. Tés ngeusian sél ieu ku hémoglobin, ubar anti kanker, sénsor karacunan, atanapi nanopartikel magnét pikeun nunjukkeun yén aranjeunna tiasa nyandak sababaraha jinis biaya. Sél jieunan ogé tiasa janten umpan pikeun patogén.

Hacking alam Ieu pamustunganana ngabalukarkeun pamanggih koréksi genetik, ngalereskeun sareng rékayasa manusa, sareng muka antarmuka otak pikeun interaksi langsung antara otak.

Ayeuna, aya seueur kahariwang sareng hariwang ngeunaan prospek modifikasi genetik manusa. Argumen dina kahadean oge kuat, kayaning yén téhnik manipulasi genetik bisa mantuan ngaleungitkeun kasakit. Aranjeunna tiasa ngaleungitkeun seueur bentuk nyeri sareng kahariwang. Éta tiasa ningkatkeun kecerdasan sareng umur panjang jalma. Sababaraha urang dugi ka nyarios yén aranjeunna tiasa ngarobih skala kabagjaan sareng produktivitas manusa ku seueur pesenan ageungna.

Téknik genetiklamun konsékuansi ekspektasi na dianggap serius, éta bisa ditempo salaku acara sajarah, sarua jeung ledakan Cambrian, nu robah laju évolusi. Lamun lolobana jalma mikir évolusi, maranéhna mikir évolusi biologis ngaliwatan seléksi alam, tapi sakumaha tétéla, bentuk sejen tina eta bisa dibayangkeun.

Dimimitian dina taun ka-XNUMX, jalma mimiti ngarobih DNA pepelakan sareng sasatoan (tingali ogé: ), Kacipta pangan dirobah genetikjsb Ayeuna, satengah juta barudak anu dilahirkeun unggal taun kalayan bantuan IVF. Beuki, prosés ieu ogé ngawengku sequencing embrio pikeun layar pikeun kasakit jeung nangtukeun cikal bakal paling giat (hiji wangun rékayasa genetik, sanajan tanpa parobahan aktif sabenerna génom).

Kalayan munculna CRISPR sareng téknologi anu sami (6), kami parantos nyaksian booming dina panalungtikan kana parobihan nyata kana DNA. Taun 2018, He Jiankui nyiptakeun murangkalih anu dirobih sacara genetik munggaran di Cina, dimana anjeunna dikirim ka panjara. masalah ieu ayeuna subyek debat etika galak. Dina 2017, Akademi Élmu Nasional AS sareng Akademi Kedokteran Nasional disatujuan konsép éditan génom manusa, tapi ngan "sanggeus mendakan jawaban kana patarosan kaamanan sareng kinerja" sareng "ngan dina kasus panyakit serius sareng dina pangawasan anu caket. "

Sudut pandang "baby desainer", nyaéta, ngarancang jalma ku milih sipat anu kedah dilahirkeun anak, nyababkeun kontrovérsi. Ieu henteu pikaresepeun sabab dipercaya yén ngan ukur anu jegud sareng bencong anu gaduh aksés kana metode sapertos kitu. Sanaos desain sapertos kitu sacara téknis teu mungkin pikeun lami, éta bakal manipulasi genetik ngeunaan ngahapus gén pikeun cacad sareng panyakit henteu dievaluasi sacara jelas. Deui, saloba sieun, ieu ngan bakal sadia pikeun sababaraha pilih.

Sanajan kitu, ieu teu jadi basajan a cut-kaluar sarta citakan tina tombol sakumaha jalma anu wawuh jeung CRISPR utamana tina ilustrasi dina pers bayangkeun. Loba ciri manusa jeung karentanan kana kasakit teu dikawasa ku hiji atawa dua gén. Kasakit rupa-rupa ti ngabogaan hiji gén, Nyiptakeun kaayaan pikeun rébuan pilihan résiko, ningkatkeun atanapi ngirangan karentanan kana faktor lingkungan. Sanajan kitu, bari loba kasakit, kayaning depresi sarta diabetes, anu polygenic, sanajan saukur motong kaluar gén individu mindeng mantuan. Salaku conto, Verve nuju ngembangkeun terapi gen anu ngirangan Prévalénsi panyakit kardiovaskular, salah sahiji panyabab utama maotna di dunya. édisi rélatif leutik génom.

Pikeun tugas kompléks, sarta salah sahijina dasar polygenic kasakit, pamakéan kecerdasan jieunan anyar geus jadi resep. Éta dumasar kana perusahaan sapertos anu mimiti nawiskeun ka kolot penilaian résiko polygenic. Salaku tambahan, set data génomik anu diurutkeun beuki ageung (sababaraha kalayan langkung ti sajuta génom diurutkeun), anu bakal ningkatkeun akurasi modél pembelajaran mesin kana waktosna.

jaringan otak

Dina bukuna, Miguel Nicolelis, salah sahiji panaratas naon ayeuna katelah "hacking otak," disebut komunikasi masa depan umat manusa, tahap salajengna dina évolusi spésiés urang. Anjeunna ngalaksanakeun panalungtikan di mana anjeunna nyambungkeun otak sababaraha beurit ngagunakeun éléktroda implanted canggih katelah interfaces otak-otak.

Nicolelis sareng rekan-rekannya ngajelaskeun prestasi éta salaku "komputer organik" munggaran kalayan otak hirup anu dihubungkeun saolah-olah éta sababaraha mikroprosesor. Sato dina jaringan ieu geus diajar nyingkronkeun aktivitas listrik sél saraf maranéhanana dina cara nu sarua sakumaha dina sagala otak individu. Otak jaringan geus diuji pikeun hal kawas kamampuhna pikeun ngabedakeun antara dua pola béda tina rangsangan listrik, sarta aranjeunna biasana outperform sato individu. Upami otak beurit anu saling nyambungkeun "langkung pinter" tibatan sato naon waé, bayangkeun kamampuan superkomputer biologis anu dihubungkeun ku otak manusa. Jaringan sapertos kitu tiasa ngajantenkeun jalma-jalma tiasa damel ngalangkungan halangan basa. Ogé, lamun hasil ulikan beurit bener, jaringan otak manusa bisa ngaronjatkeun kinerja, atawa sigana.

Aya percobaan panganyarna, ogé disebutkeun dina kaca MT, nu aub pooling aktivitas otak tina jaringan leutik jalma. Tilu jalma linggih di kamar béda digawé babarengan pikeun Orient block bener sangkan bisa sasak gap antara blok séjén dina video kaulinan Tetris-kawas. Dua jalma anu acted salaku "senders," kalawan electroencephalographs (EEGs) dina huluna maranéhanana anu dirékam aktivitas listrik otak maranéhanana, nempo celah jeung terang lamun blok perlu diputer pikeun pas. Jalma katilu, akting salaku "panarima", teu nyaho solusi nu bener sarta kudu ngandelkeun parentah dikirim langsung ti brains of senders. Jumlahna aya lima golongan jalma anu diuji kalawan jaringan ieu, disebut "BrainNet" (7), sarta rata-rata aranjeunna ngahontal leuwih 80% akurasi dina tugas.

7. Poto ti percobaan BrainNet

Pikeun ngajantenkeun hal-hal anu langkung hese, panaliti kadang-kadang nambihan sora kana sinyal anu dikirim ku salah sahiji pangirim. Nyanghareupan arah anu bentrok atanapi ambigu, panampi gancang diajar pikeun ngaidentipikasi sareng turutan parentah pangirim anu langkung tepat. Para panalungtik dicatet yén ieu téh laporan munggaran nu brains loba jalma geus kabel dina cara lengkep non-invasif. Aranjeunna ngajawab yén jumlah jalma anu brains bisa networked praktis taya. Éta ogé nyarankeun yén pangiriman inpormasi nganggo metode non-invasif tiasa ditingkatkeun ku pencitraan kagiatan otak simultaneous (fMRI), sabab ieu berpotensi ningkatkeun jumlah inpormasi anu tiasa dikirimkeun ku penyiar. Nanging, fMRI sanés prosedur anu gampang, sareng éta bakal ngahesekeun tugas anu parantos sesah pisan. Para panalungtik ogé speculate yén sinyal bisa sasaran ka wewengkon husus otak pikeun memicu kasadaran eusi semantik husus dina otak panarima.

Dina waktos anu sami, alat pikeun konektipitas otak anu langkung invasif sareng panginten langkung éfisién ngembang gancang. Elon kasturi nembé ngumumkeun pamekaran implan BCI anu ngandung XNUMX éléktroda pikeun ngaktifkeun komunikasi anu lega antara komputer sareng sél saraf dina uteuk. (DARPA) geus ngembangkeun hiji panganteur neural implantable sanggup sakaligus firing sajuta sél saraf. Sanajan modul BCI ieu teu dirancang husus pikeun interoperate uteuk-otakteu hese ngabayangkeun yén maranéhna bisa dipaké pikeun tujuan sapertos.

Salian di luhur, aya pamahaman sejen tina "biohacking", nu fashionable utamana di Silicon Valley jeung diwangun dina rupa-rupa prosedur wellness kalawan yayasan ilmiah kadang dubious. Di antarana aya rupa-rupa diets jeung téhnik latihan, kitu ogé incl. transfusi getih ngora, kitu ogé implantasi chip subcutaneous. Dina hal ieu, jalma beunghar mikirkeun hal sapertos "hacking maot" atanapi sepuh. Sajauh ieu, teu aya bukti anu ngayakinkeun yén metodeu anu aranjeunna anggo tiasa sacara signifikan manjangkeun umur, teu aya deui kalanggengan anu diimpikeun ku sababaraha urang.