هک طبیعت

خود طبیعت می تواند به ما بیاموزد که چگونه به طبیعت نفوذ کنیم، مانند زنبورها، که Mark Mescher و Consuelo De Moraes از ETH در زوریخ خاطرنشان کردند که آنها به طرز ماهرانه ای از برگ ها می خورند تا گیاهان را تشویق کنند تا شکوفا شوند.

جالب اینجاست که تلاش‌ها برای تکرار این درمان‌های حشرات با روش‌های ما ناموفق بوده است و دانشمندان اکنون به این فکر می‌کنند که آیا راز آسیب موثر حشرات به برگ‌ها در الگوی منحصربه‌فردی است که آنها استفاده می‌کنند یا شاید در معرفی برخی از مواد توسط زنبورها. روی دیگران زمینه های هک زیستی با این حال، ما بهتر عمل می کنیم.

به عنوان مثال، مهندسان اخیراً کشف کردند که چگونه اسفناج را به سیستم های حسی محیطی تبدیل کنیدکه می تواند شما را از وجود مواد منفجره آگاه کند. در سال ۲۰۱۶، مهندس شیمی مینگ هائو ونگ و تیمش در MIT نانولوله‌های کربنی را به برگ‌های اسفناج پیوند زدند. آثار مواد منفجرهکه گیاه از طریق هوا یا آب های زیرزمینی آن را جذب کرد، نانولوله هایی ساخت یک سیگنال فلورسنت منتشر می کند. برای گرفتن چنین سیگنالی از کارخانه، یک دوربین مادون قرمز کوچک به سمت برگ گرفته شد و به تراشه Raspberry Pi متصل شد. هنگامی که دوربین سیگنالی را تشخیص داد، یک هشدار ایمیل را راه اندازی کرد. پس از توسعه نانوحسگرها در اسفناج، Wong شروع به توسعه کاربردهای دیگر برای این فناوری، به ویژه در کشاورزی برای هشدار نسبت به خشکسالی یا آفات کرد.

برای مثال پدیده بیولومینسانس. در ماهی مرکب، چتر دریایی و دیگر موجودات دریایی. ساندرا ری، طراح فرانسوی، بیولومینسانس را به عنوان روشی طبیعی برای نورپردازی، یعنی ایجاد فانوس های "زنده" که نور را بدون الکتریسیته ساطع می کنند، ارائه می دهد (2). ری بنیانگذار و مدیر عامل شرکت Glowee، یک شرکت نورپردازی بیولومنسنت است. او پیش بینی می کند که روزی آنها می توانند جایگزین روشنایی برقی معمولی خیابان ها شوند.

2. تجسم نورپردازی Glowee

برای تولید نور، تکنسین های Glowee درگیر هستند ژن بیولومینسانس از ساقه ماهی هاوایی به باکتری E. coli تبدیل می شود و سپس این باکتری ها را رشد می دهند. با برنامه ریزی DNA، مهندسان می توانند رنگ نور هنگام خاموش و روشن شدن و همچنین بسیاری از تغییرات دیگر را کنترل کنند. بدیهی است که این باکتری ها برای زنده ماندن و درخشندگی نیاز به مراقبت و تغذیه دارند، بنابراین شرکت در تلاش است تا نور را برای مدت طولانی تری روشن نگه دارد. Rey در Wired می‌گوید در حال حاضر یک سیستم دارند که به مدت شش روز کار می‌کند. طول عمر محدود فعلی وسایل به این معنی است که در حال حاضر بیشتر برای رویدادها یا جشنواره ها مناسب هستند.

حیوانات خانگی با کوله پشتی الکترونیکی

می توانید حشرات را تماشا کنید و سعی کنید از آنها تقلید کنید. همچنین می توانید سعی کنید آنها را هک کنید و از آنها به عنوان… پهپادهای مینیاتوری. زنبورها مجهز به "کوله پشتی" با حسگرهایی هستند، مانند آنهایی که کشاورزان برای نظارت بر مزارع خود استفاده می کنند (3). مشکل میکروپروپ ها قدرت است. در مورد حشرات چنین مشکلی وجود ندارد. آنها خستگی ناپذیر پرواز می کنند. مهندسان "چمدان" خود را با حسگرها، حافظه برای ذخیره داده ها، گیرنده هایی برای ردیابی مکان و باتری هایی برای تامین انرژی الکترونیک (یعنی ظرفیت بسیار کمتر) بار کردند - همه آنها 102 میلی گرم وزن داشتند. هنگامی که حشرات فعالیت های روزانه خود را انجام می دهند، حسگرها دما و رطوبت را اندازه گیری می کنند و موقعیت آنها با استفاده از سیگنال رادیویی ردیابی می شود. پس از بازگشت به کندو، داده ها دانلود می شود و باتری به صورت بی سیم شارژ می شود. تیم دانشمندان فناوری خود را Living IoT می نامند.

3. اینترنت اشیا زنده که یک زنبور عسل با یک سیستم الکترونیکی در پشت آن است

جانورشناس در موسسه پرنده شناسی ماکس پلانک. مارتین ویکلسکی تصمیم گرفت این باور عمومی را آزمایش کند که حیوانات توانایی ذاتی برای درک بلایای قریب الوقوع دارند. ویکلسکی پروژه بین المللی سنجش حیوانات، ایکاروس را رهبری می کند. نویسنده طرح و تحقیق زمانی که ضمیمه شد شهرت یافت چراغ های جی پی اس حیوانات (4) اعم از بزرگ و کوچک، به منظور مطالعه تأثیر پدیده ها بر رفتار آنها. دانشمندان از جمله نشان داده‌اند که افزایش حضور لک‌لک‌های سفید ممکن است نشان‌دهنده هجوم ملخ‌ها باشد، و مکان و دمای بدن اردک‌های اردک می‌تواند نشان‌دهنده شیوع آنفولانزای مرغی در بین انسان‌ها باشد.

4. مارتین ویکلسکی و لک لک فرستنده

اکنون ویکلسکی از بزها استفاده می‌کند تا دریابد آیا چیزی در نظریه‌های باستانی وجود دارد که حیوانات درباره زلزله‌های قریب‌الوقوع و فوران‌های آتشفشانی «می‌دانند». بلافاصله پس از زمین لرزه عظیم نورچیا در ایتالیا در سال 2016، ویکلسکی دام ها را در نزدیکی مرکز زمین لرزه قلاده کرد تا ببیند آیا قبل از شوک ها رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند یا خیر. هر یقه حاوی هر دو بود دستگاه ردیابی GPSمثل شتاب سنج

او بعداً توضیح داد که با چنین نظارت شبانه‌روزی می‌توان رفتار «عادی» را شناسایی کرد و سپس به دنبال ناهنجاری‌ها بود. ویکلسکی و تیمش خاطرنشان کردند که حیوانات در ساعاتی قبل از وقوع زلزله، شتاب خود را افزایش دادند. او بسته به فاصله از کانون زلزله، «دوره های هشدار» را بین ۲ تا ۱۸ ساعت مشاهده کرد. Wikelski برای ثبت اختراع برای یک سیستم هشدار بلایا بر اساس رفتار جمعی حیوانات نسبت به یک خط پایه درخواست می دهد.

بهبود کارایی فتوسنتز

زمین زندگی می کند زیرا در سراسر جهان کاشته می شود آزاد کردن اکسیژن به عنوان محصول جانبی فتوسنتزو برخی از آنها تبدیل به غذاهای مغذی اضافی می شوند. با این حال، فتوسنتز با وجود میلیون‌ها سال تکامل، ناقص است. محققان دانشگاه ایلینویز کار بر روی اصلاح نقایص فتوسنتز را آغاز کرده اند که به اعتقاد آنها می تواند عملکرد محصول را تا 40 درصد افزایش دهد.

آنها تمرکز کردند فرآیندی به نام تنفس نوریکه نه چندان جزئی از فتوسنتز بلکه پیامد آن است. مانند بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی، فتوسنتز همیشه به خوبی کار نمی کند. در طی فتوسنتز، گیاهان آب و دی اکسید کربن را جذب کرده و آنها را به قند (غذا) و اکسیژن تبدیل می کنند. گیاهان به اکسیژن نیاز ندارند، بنابراین حذف می شود.

محققان آنزیمی به نام ریبولوز-1,5،1,5-بیس فسفات کربوکسیلاز/اکسیژناز (RuBisCO) را جدا کردند. این کمپلکس پروتئینی یک مولکول دی اکسید کربن را به ریبولوز-XNUMX،XNUMX-بیس فسفات (RuBisCO) متصل می کند. در طی قرن‌ها، جو زمین بیشتر اکسید شده است، به این معنی که RuBisCO باید با مولکول‌های اکسیژن بیشتری که با دی‌اکسید کربن مخلوط شده‌اند سر و کار داشته باشد. در یکی از چهار مورد، RuBisCO به اشتباه یک مولکول اکسیژن را جذب می کند و این بر عملکرد تأثیر می گذارد.

به دلیل ناقص بودن این فرآیند، گیاهان با محصولات جانبی سمی مانند گلیکولات و آمونیاک باقی می مانند. پردازش این ترکیبات (از طریق تنفس نوری) نیاز به انرژی دارد که به تلفات ناشی از ناکارآمدی فتوسنتز اضافه می شود. نویسندگان این مطالعه خاطرنشان کردند که برنج، گندم و سویا به این دلیل کمبود دارند و RuBisCO با افزایش دما حتی از دقت کمتری برخوردار می شود. این بدان معناست که با تشدید گرمایش جهانی، ممکن است در عرضه مواد غذایی کاهش یابد.

این راه حل بخشی از برنامه ای به نام (RIPE) است و شامل معرفی ژن های جدیدی است که تنفس نوری را سریع تر و کارآمدتر می کند. این تیم سه مسیر جایگزین را با استفاده از توالی های ژنتیکی جدید توسعه دادند. این مسیرها برای 1700 گونه مختلف گیاهی بهینه شده اند. به مدت دو سال، دانشمندان این توالی ها را با استفاده از تنباکوی اصلاح شده آزمایش کردند. این یک گیاه رایج در علم است زیرا ژنوم آن به خوبی شناخته شده است. بیشتر مسیرهای کارآمد برای تنفس نوری به گیاهان اجازه می دهد تا مقدار قابل توجهی انرژی را که می تواند برای رشد آنها استفاده شود، ذخیره کنند. مرحله بعدی وارد کردن ژن به محصولات غذایی مانند سویا، لوبیا، برنج و گوجه فرنگی است.

سلول های خون مصنوعی و بریده های ژنی

هک طبیعت این در نهایت منجر به خود مرد می شود. سال گذشته، دانشمندان ژاپنی گزارش دادند که یک خون مصنوعی ساخته اند که می تواند بر روی هر بیمار، صرف نظر از گروه خونی، استفاده شود، که چندین کاربرد واقعی در پزشکی تروما دارد. اخیراً دانشمندان با ایجاد گلبول های قرمز مصنوعی به پیشرفت بزرگتری دست یافته اند (5). اینها سلول های خون مصنوعی آنها نه تنها خواص همتایان طبیعی خود را به نمایش می گذارند، بلکه قابلیت های پیشرفته ای نیز دارند. تیمی از دانشگاه نیومکزیکو، آزمایشگاه ملی ساندیا و دانشگاه پلی‌تکنیک جنوبی چین گلبول‌های قرمز خونی ایجاد کرده‌اند که نه تنها می‌توانند اکسیژن را به قسمت‌های مختلف بدن حمل کنند، بلکه داروها، سموم را حس می‌کنند و وظایف دیگری را نیز انجام می‌دهند. .

5. سلول خونی مصنوعی

فرآیند ایجاد سلول های خونی مصنوعی آغاز آن توسط سلول های طبیعی آغاز شد که ابتدا با یک لایه نازک سیلیس و سپس با لایه هایی از پلیمرهای مثبت و منفی پوشانده شدند. سپس سیلیس اچ می شود و در نهایت سطح با غشای گلبول قرمز طبیعی پوشانده می شود. این امر منجر به ایجاد گلبول های قرمز مصنوعی با اندازه، شکل، بار و پروتئین های سطحی مشابه با پروتئین های واقعی شده است.

علاوه بر این، محققان انعطاف‌پذیری سلول‌های خونی تازه‌تشکیل‌شده را با فشار دادن آن‌ها از میان شکاف‌های کوچک در مویرگ‌های مدل نشان دادند. در نهایت، هنگام آزمایش روی موش، هیچ عارضه جانبی سمی حتی پس از 48 ساعت گردش خون مشاهده نشد. آزمایش‌ها این سلول‌ها را با هموگلوبین، داروهای ضد سرطان، حسگرهای سمیت یا نانوذرات مغناطیسی بارگذاری کردند تا نشان دهند که می‌توانند انواع مختلفی از بارها را حمل کنند. سلول های مصنوعی همچنین می توانند به عنوان طعمه برای پاتوژن ها عمل کنند.

هک طبیعت این در نهایت منجر به ایده اصلاح ژنتیکی، تعمیر و مهندسی انسان و باز کردن رابط های مغزی برای ارتباط مستقیم بین مغزها می شود.

در حال حاضر، نگرانی و نگرانی زیادی در مورد چشم انداز اصلاح ژنتیکی انسان وجود دارد. استدلال های موافق نیز قوی هستند، مانند اینکه تکنیک های دستکاری ژنتیکی می تواند به از بین بردن بیماری کمک کند. آنها می توانند بسیاری از اشکال درد و اضطراب را از بین ببرند. آنها می توانند هوش و طول عمر افراد را افزایش دهند. برخی افراد تا آنجا پیش می روند که می گویند می توانند مقیاس شادی و بهره وری انسان را با درجه های مختلف تغییر دهند.

مهندسی ژنتیکاگر پیامدهای مورد انتظار آن جدی گرفته می شد، می توان آن را به عنوان یک رویداد تاریخی، برابر با انفجار کامبرین، که سرعت تکامل را تغییر داد، در نظر گرفت. وقتی اکثر مردم به تکامل فکر می کنند، به تکامل بیولوژیکی از طریق انتخاب طبیعی فکر می کنند، اما همانطور که مشخص است، می توان اشکال دیگری از آن را تصور کرد.

با شروع در XNUMXs، مردم شروع به اصلاح DNA گیاهان و حیوانات کردند.همچنین ببینید: )، ایجاد غذاهای اصلاح شده ژنتیکیو غیره در حال حاضر سالانه نیم میلیون کودک با کمک IVF به دنیا می آیند. این فرآیندها به طور فزاینده‌ای شامل تعیین توالی جنین برای غربالگری بیماری‌ها و تعیین زنده‌ترین جنین (شکلی از مهندسی ژنتیک، البته بدون تغییرات فعال واقعی در ژنوم) است.

با ظهور CRISPR و فن آوری های مشابه (6)، ما شاهد رونق تحقیقات برای ایجاد تغییرات واقعی در DNA بوده ایم. در سال 2018، هه جیانکوی اولین کودکان اصلاح شده ژنتیکی را در چین ایجاد کرد که به خاطر آن به زندان فرستاده شد. این موضوع در حال حاضر موضوع بحث های اخلاقی شدید است. در سال 2017، آکادمی ملی علوم ایالات متحده و آکادمی ملی پزشکی مفهوم ویرایش ژنوم انسانی را تأیید کردند، اما تنها «پس از یافتن پاسخ به سؤالات ایمنی و عملکرد» و «فقط در مورد بیماری‌های جدی و تحت نظارت دقیق». "

دیدگاه «نوزادان طراح»، یعنی طراحی افراد با انتخاب صفاتی که یک کودک باید برای به دنیا آمدن داشته باشد، باعث بحث و جدل می شود. این نامطلوب است زیرا اعتقاد بر این است که فقط افراد ثروتمند و ممتاز به چنین روش هایی دسترسی خواهند داشت. حتی اگر چنین طراحی از نظر فنی برای مدت طولانی غیرممکن باشد، حتی می شود دستکاری ژنتیکی در مورد حذف ژن برای نقص و بیماری به وضوح ارزیابی نشده است. باز هم، همانطور که بسیاری می ترسند، این تنها برای تعداد معدودی در دسترس خواهد بود.

با این حال، این برش و گنجاندن دکمه‌ها به همان سادگی نیست که کسانی که با CRISPR آشنا هستند، عمدتاً از تصاویر در مطبوعات تصور می‌کنند. بسیاری از ویژگی های انسان و استعداد ابتلا به بیماری توسط یک یا دو ژن کنترل نمی شود. بیماری ها از داشتن یک ژن، ایجاد شرایط برای هزاران گزینه خطر، افزایش یا کاهش حساسیت به عوامل محیطی. با این حال، در حالی که بسیاری از بیماری‌ها، مانند افسردگی و دیابت، چند ژنی هستند، حتی از بین بردن ژن‌های فردی نیز اغلب کمک می‌کند. به عنوان مثال، Verve در حال توسعه یک ژن درمانی است که شیوع بیماری های قلبی عروقی، یکی از علل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان را کاهش می دهد. نسخه های نسبتاً کوچک ژنوم.

برای کارهای پیچیده و یکی از آنها پایه پلی ژنیک بیماری، استفاده از هوش مصنوعی اخیرا تبدیل به یک دستور العمل شده است. این بر اساس شرکت هایی مانند شرکتی است که شروع به ارائه ارزیابی ریسک چند ژنی به والدین کردند. علاوه بر این، مجموعه داده‌های ژنومی توالی‌بندی‌شده بزرگ‌تر و بزرگ‌تر می‌شوند (برخی با بیش از یک میلیون ژنوم توالی‌یابی شده)، که دقت مدل‌های یادگیری ماشین را در طول زمان افزایش می‌دهد.

شبکه مغزی

میگوئل نیکوللیس، یکی از پیشگامان چیزی که امروزه به عنوان "هک مغز" شناخته می شود، در کتاب خود، ارتباطات را آینده بشریت، مرحله بعدی در تکامل گونه ما نامید. او تحقیقاتی انجام داد که در آن مغز چندین موش را با استفاده از الکترودهای کاشته شده پیچیده معروف به رابط مغز و مغز به هم متصل کرد.

نیکوللیس و همکارانش این دستاورد را به عنوان اولین "کامپیوتر ارگانیک" با مغزهای زنده که گویی ریزپردازنده های متعددی به هم مرتبط هستند، توصیف کردند. حیوانات این شبکه یاد گرفته‌اند که فعالیت الکتریکی سلول‌های عصبی خود را به همان روشی که در هر مغز فردی انجام می‌دهند، هماهنگ کنند. مغز شبکه‌ای برای چیزهایی مانند توانایی آن در تشخیص دو الگوی مختلف محرک‌های الکتریکی آزمایش شده است و معمولاً از هر حیوان برتری دارند. اگر مغزهای به هم پیوسته موش‌ها «باهوش‌تر» از مغز هر حیوانی است، توانایی‌های یک ابر رایانه بیولوژیکی را تصور کنید که توسط مغز انسان به هم متصل است. چنین شبکه‌ای می‌تواند به افراد اجازه دهد تا از طریق موانع زبانی کار کنند. همچنین، اگر نتایج مطالعه موش درست باشد، شبکه‌سازی مغز انسان می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد، یا به نظر می‌رسد.

اخیراً آزمایش‌هایی انجام شده است که در صفحات MT نیز به آن اشاره شده است که شامل ادغام فعالیت مغزی یک شبکه کوچک از افراد است. سه نفر که در اتاق‌های مختلف نشسته بودند با هم کار کردند تا بلوک را به درستی جهت‌دهی کنند تا بتواند شکاف بین بلوک‌های دیگر را در یک بازی ویدیویی شبیه تتریس پر کند. دو نفر که به‌عنوان «فرستنده» عمل می‌کردند، با الکتروانسفالوگرافی (EEG) روی سرشان که فعالیت الکتریکی مغزشان را ثبت می‌کرد، شکاف را دیدند و می‌دانستند که آیا بلوک باید بچرخد تا جا بیفتد. شخص سوم که نقش «گیرنده» را ایفا می کرد، راه حل صحیح را نمی دانست و مجبور بود به دستورالعمل هایی که مستقیماً از مغز فرستنده ها ارسال می شد تکیه کند. در مجموع پنج گروه از افراد با این شبکه به نام «برین نت» (7) مورد آزمایش قرار گرفتند و به طور متوسط ​​بیش از 80 درصد دقت در کار را به دست آوردند.

7. عکس از آزمایش BrainNet

برای دشوارتر کردن کار، محققان گاهی اوقات نویز را به سیگنال ارسال شده توسط یکی از فرستنده ها اضافه می کردند. در مواجهه با دستورالعمل‌های متناقض یا مبهم، گیرندگان به سرعت یاد گرفتند که دستورالعمل‌های دقیق‌تر فرستنده را شناسایی و دنبال کنند. محققان خاطرنشان می کنند که این اولین گزارش است که مغز بسیاری از افراد به روشی کاملا غیر تهاجمی سیم کشی شده است. آنها استدلال می کنند که تعداد افرادی که مغز آنها را می توان شبکه کرد عملا نامحدود است. آنها همچنین پیشنهاد می کنند که انتقال اطلاعات با استفاده از روش های غیر تهاجمی را می توان با تصویربرداری همزمان فعالیت مغز (fMRI) بهبود بخشید، زیرا این امر به طور بالقوه میزان اطلاعاتی را که یک پخش کننده می تواند منتقل کند افزایش می دهد. با این حال، fMRI یک روش آسان نیست، و یک کار بسیار دشوار را پیچیده خواهد کرد. محققان همچنین حدس می زنند که این سیگنال می تواند به مناطق خاصی از مغز برای تحریک آگاهی از محتوای معنایی خاص در مغز گیرنده هدف قرار گیرد.

در عین حال، ابزارهایی برای اتصال مغزی تهاجمی تر و احتمالا کارآمدتر به سرعت در حال تکامل هستند. الون ماسک اخیراً از توسعه یک ایمپلنت BCI حاوی الکترودهای XNUMX برای ایجاد ارتباط گسترده بین رایانه ها و سلول های عصبی در مغز خبر داده است. (دارپا) یک رابط عصبی قابل کاشت ایجاد کرده است که قادر است به طور همزمان یک میلیون سلول عصبی را شلیک کند. اگرچه این ماژول های BCI به طور خاص برای کارکردن با یکدیگر طراحی نشده بودند مغز-مغزتصور اینکه بتوان از آنها برای چنین اهدافی استفاده کرد دشوار نیست.

علاوه بر موارد فوق، درک دیگری از "biohacking" وجود دارد که به ویژه در دره سیلیکون مد است و شامل انواع مختلفی از روش های سلامتی با مبانی علمی گاه مشکوک است. از جمله آنها می توان به رژیم های غذایی و تکنیک های ورزشی مختلف و همچنین شامل. انتقال خون جوان و همچنین کاشت تراشه های زیر جلدی. در این مورد، ثروتمندان به چیزی مانند "مرگ هک" یا پیری فکر می کنند. تاکنون هیچ مدرک قانع‌کننده‌ای مبنی بر اینکه روش‌هایی که آن‌ها استفاده می‌کنند می‌تواند به میزان قابل‌توجهی عمر را افزایش دهد، وجود ندارد، نه اینکه به جاودانگی که برخی رویای آن را می‌بینند، اشاره کنیم.