Hacking della natura

La natura stessa può insegnarci come hackerare la natura, come le api, che Mark Mescher e Consuelo De Moraes dell'ETH di Zurigo hanno notato che rosicchiano sapientemente le foglie per "incoraggiare" le piante a fiorire.

È interessante notare che i tentativi di replicare questi trattamenti con gli insetti con i nostri metodi non hanno avuto successo e gli scienziati ora si chiedono se il segreto per un efficace danno degli insetti alle foglie risieda nel modello unico che usano, o forse nell'introduzione di alcune sostanze da parte delle api. Su altri campi di biohacking tuttavia, stiamo andando meglio.

Ad esempio, gli ingegneri hanno recentemente scoperto come trasformare gli spinaci in sistemi sensoriali ambientaliche possono avvisarti della presenza di esplosivi. Nel 2016, l'ingegnere chimico Ming Hao Wong e il suo team del MIT hanno trapiantato nanotubi di carbonio in foglie di spinaci. Tracce di esplosivoche la pianta ha assorbito attraverso l'aria o le acque sotterranee, ha formato i nanotubi emettere un segnale fluorescente. Per catturare un tale segnale dalla fabbrica, una piccola telecamera a infrarossi è stata puntata verso la foglia e collegata a un chip Raspberry Pi. Quando la telecamera ha rilevato un segnale, ha attivato un avviso e-mail. Dopo aver sviluppato nanosensori negli spinaci, Wong ha iniziato a sviluppare altre applicazioni per la tecnologia, soprattutto in agricoltura, per avvertire di siccità o parassiti.

il fenomeno della bioluminescenza, per esempio. in calamari, meduse e altre creature marine. La designer francese Sandra Rey presenta la bioluminescenza come un modo naturale di illuminare, ovvero la creazione di lanterne "vive" che emettono luce senza elettricità (2). Ray è il fondatore e CEO di Glowee, una società di illuminazione bioluminescente. Prevede che un giorno saranno in grado di sostituire l'illuminazione stradale elettrica convenzionale.

2. Visualizzazione dell'illuminazione Glowee

Per la produzione della luce, coinvolgono i tecnici Glowee gene della bioluminescenza ottenuto dalle seppie hawaiane in batteri E. coli, e poi fanno crescere questi batteri. Programmando il DNA, gli ingegneri possono controllare il colore della luce quando si spegne e si accende, oltre a molte altre modifiche. Questi batteri ovviamente devono essere curati e nutriti per rimanere vivi e radiosi, quindi l'azienda sta lavorando per mantenere la luce accesa più a lungo. Al momento, dice Rey di Wired, hanno un sistema in esecuzione da sei giorni. L'attuale durata limitata degli apparecchi significa che sono per lo più adatti per eventi o festival al momento.

Animali domestici con zaini elettronici

Puoi guardare gli insetti e cercare di imitarli. Puoi anche provare a "hackerarli" e usarli come... droni in miniatura. I bombi sono dotati di "zaini" con sensori, come quelli usati dagli agricoltori per monitorare i loro campi (3). Il problema con i microdroni è l'alimentazione. Non esiste un problema del genere con gli insetti. Volano instancabilmente. Gli ingegneri hanno caricato il loro "bagaglio" con sensori, memoria per l'archiviazione dei dati, ricevitori per il rilevamento della posizione e batterie per l'alimentazione dell'elettronica (ovvero, una capacità molto inferiore), il tutto con un peso di 102 milligrammi. Mentre gli insetti svolgono le loro attività quotidiane, i sensori misurano la temperatura e l'umidità e la loro posizione viene tracciata tramite un segnale radio. Dopo il ritorno all'alveare, i dati vengono scaricati e la batteria viene caricata in modalità wireless. Il team di scienziati chiama la loro tecnologia Living IoT.

3. Live IoT, che è un calabrone con un sistema elettronico sulla schiena

Zoologo presso il Max Planck Institute for Ornithology. Martin Wikelski ha deciso di mettere alla prova la credenza popolare secondo cui gli animali hanno un'innata capacità di percepire i disastri imminenti. Wikelski guida il progetto internazionale di rilevamento degli animali, ICARUS. L'autore del design e della ricerca ha acquisito notorietà quando ha allegato Beacon GPS animali (4), grandi e piccoli, per studiare l'influenza dei fenomeni sul loro comportamento. Gli scienziati hanno dimostrato, tra le altre cose, che una maggiore presenza di cicogne bianche può essere indicativa di infestazioni di locuste e la posizione e la temperatura corporea delle anatre domestiche possono essere indicative della diffusione dell'influenza aviaria tra gli esseri umani.

4. Martin Wikelski e la cicogna trasmittente

Ora Wikelski sta usando le capre per scoprire se c'è qualcosa nelle antiche teorie che gli animali "sanno" sui terremoti imminenti e le eruzioni vulcaniche. Immediatamente dopo il massiccio terremoto di Norcia del 2016 in Italia, Wikelski ha messo al collare il bestiame vicino all'epicentro per vedere se si comportavano diversamente prima delle scosse. Ogni collare conteneva entrambi Dispositivo di localizzazione GPScome un accelerometro.

In seguito ha spiegato che con tale monitoraggio 2 ore su 18, è possibile determinare il comportamento "normale" e quindi cercare anomalie. Wikelski e il suo team hanno notato che gli animali hanno aumentato la loro accelerazione nelle ore precedenti al terremoto. Ha osservato "periodi di avvertimento" da XNUMX a XNUMX ore, a seconda della distanza dall'epicentro. Wikelski richiede un brevetto per un sistema di allerta di calamità basato sul comportamento collettivo degli animali rispetto a una linea di base.

Migliora l'efficienza della fotosintesi

La terra vive perché pianta in tutto il mondo rilasciare ossigeno come sottoprodotto della fotosintesie alcuni di essi diventano alimenti nutrienti aggiuntivi. Tuttavia, la fotosintesi è imperfetta, nonostante molti milioni di anni di evoluzione. I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno iniziato a lavorare sulla correzione dei difetti della fotosintesi, che secondo loro potrebbe aumentare i raccolti fino al 40%.

Si sono concentrati su un processo chiamato fotorespirazioneche non è tanto una parte della fotosintesi quanto una sua conseguenza. Come molti processi biologici, la fotosintesi non funziona sempre perfettamente. Durante la fotosintesi, le piante assorbono acqua e anidride carbonica e le trasformano in zuccheri (cibo) e ossigeno. Le piante non hanno bisogno di ossigeno, quindi viene rimosso.

I ricercatori hanno isolato un enzima chiamato ribuloso-1,5-bisfosfato carbossilasi/ossigenasi (RuBisCO). Questo complesso proteico lega una molecola di anidride carbonica al ribulsio-1,5-bisfosfato (RuBisCO). Nel corso dei secoli, l'atmosfera terrestre è diventata più ossidata, il che significa che RuBisCO ha a che fare con più molecole di ossigeno mescolate con anidride carbonica. In un caso su quattro, RuBisCO cattura erroneamente una molecola di ossigeno e ciò influisce sulle prestazioni.

A causa dell'imperfezione di questo processo, le piante rimangono con sottoprodotti tossici come glicolato e ammoniaca. L'elaborazione di questi composti (attraverso la fotorespirazione) richiede energia, che si somma alle perdite derivanti dall'inefficienza della fotosintesi. Gli autori dello studio notano che riso, frumento e soia sono carenti per questo motivo e RuBisCO diventa ancora meno accurato all'aumentare della temperatura. Ciò significa che con l'intensificarsi del riscaldamento globale, potrebbe esserci una riduzione delle scorte di cibo.

Questa soluzione fa parte di un programma chiamato (RIPE) e prevede l'introduzione di nuovi geni che rendono la fotorespirazione più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico. Il team ha sviluppato tre percorsi alternativi utilizzando le nuove sequenze genetiche. Questi percorsi sono stati ottimizzati per 1700 specie vegetali diverse. Per due anni, gli scienziati hanno testato queste sequenze utilizzando tabacco modificato. È una pianta comune nella scienza perché il suo genoma è eccezionalmente ben compreso. Di più percorsi efficienti per la fotorespirazione consentire alle piante di risparmiare una notevole quantità di energia che può essere utilizzata per la loro crescita. Il prossimo passo è introdurre i geni nelle colture alimentari come soia, fagioli, riso e pomodori.

Globuli artificiali e ritagli di geni

Hacking della natura questo porta alla fine all'uomo stesso. L'anno scorso, scienziati giapponesi hanno riferito di aver sviluppato un sangue artificiale che può essere utilizzato su qualsiasi paziente, indipendentemente dal gruppo sanguigno, che ha diverse applicazioni nella vita reale nella medicina dei traumi. Recentemente, gli scienziati hanno fatto un passo avanti ancora più grande creando globuli rossi sintetici (5). Questi globuli artificiali non solo mostrano le proprietà delle loro controparti naturali, ma hanno anche capacità avanzate. Un team dell'Università del New Mexico, del Sandia National Laboratory e del South China Polytechnic University ha creato globuli rossi che non solo possono trasportare ossigeno in varie parti del corpo, ma anche fornire farmaci, rilevare le tossine ed eseguire altri compiti. .

5. Globulo sintetico

Il processo di creazione di globuli artificiali è stato avviato da cellule naturali che sono state prima rivestite con un sottile strato di silice e poi con strati di polimeri positivi e negativi. La silice viene quindi incisa e infine la superficie viene ricoperta da membrane naturali di eritrociti. Ciò ha portato alla creazione di eritrociti artificiali, aventi le dimensioni, la forma, la carica e le proteine ​​di superficie simili a quelle reali.

Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato la flessibilità dei globuli di nuova formazione spingendoli attraverso minuscoli spazi vuoti nei capillari modello. Infine, quando testato sui topi, non sono stati riscontrati effetti collaterali tossici anche dopo 48 ore di circolazione. I test hanno caricato queste cellule con emoglobina, farmaci antitumorali, sensori di tossicità o nanoparticelle magnetiche per dimostrare che potevano trasportare diversi tipi di cariche. Le cellule artificiali possono anche fungere da esca per gli agenti patogeni.

Hacking della natura questo alla fine porta all'idea della correzione genetica, del fissaggio e dell'ingegneria umana e dell'apertura di interfacce cerebrali per la comunicazione diretta tra i cervelli.

Attualmente, c'è molta ansia e preoccupazione per la prospettiva di una modificazione genetica umana. Anche gli argomenti a favore sono forti, come il fatto che le tecniche di manipolazione genetica possono aiutare a eliminare la malattia. Possono eliminare molte forme di dolore e ansia. Possono aumentare l'intelligenza e la longevità delle persone. Alcune persone arrivano al punto di dire che possono cambiare la scala della felicità e della produttività umana di molti ordini di grandezza.

Ingegneria geneticase si prendessero sul serio le sue attese conseguenze, potrebbe essere considerato un evento storico, pari all'esplosione del Cambriano, che cambiò il ritmo dell'evoluzione. Quando la maggior parte delle persone pensa all'evoluzione, pensa all'evoluzione biologica attraverso la selezione naturale, ma a quanto pare se ne possono immaginare altre forme.

A partire dagli anni XNUMX, le persone hanno iniziato a modificare il DNA di piante e animali (Guarda anche: ), creazione alimenti geneticamente modificatiecc. Attualmente, mezzo milione di bambini nascono ogni anno con l'aiuto della fecondazione in vitro. Sempre più spesso, questi processi includono anche il sequenziamento degli embrioni per lo screening delle malattie e la determinazione dell'embrione più vitale (una forma di ingegneria genetica, anche se senza effettive modifiche attive del genoma).

Con l'avvento del CRISPR e di tecnologie simili (6), abbiamo assistito a un boom della ricerca per apportare cambiamenti reali al DNA. Nel 2018, He Jiankui ha creato i primi bambini geneticamente modificati in Cina, per i quali è stato mandato in prigione. Questo problema è attualmente oggetto di un acceso dibattito etico. Nel 2017 la National Academy of Sciences e la National Academy of Medicine hanno approvato il concetto di editing del genoma umano, ma solo "dopo aver trovato risposte a domande di sicurezza e prestazioni" e "solo in caso di malattie gravi e sotto stretto controllo. "

Il punto di vista dei "bambini firmati", ovvero progettare le persone scegliendo i tratti che un bambino dovrebbe avere per nascere, suscita polemiche. Questo è indesiderabile in quanto si ritiene che solo i ricchi e i privilegiati avranno accesso a tali metodi. Anche se un tale progetto è tecnicamente impossibile per molto tempo, lo sarà anche manipolazione genetica per quanto riguarda la cancellazione di geni per difetti e malattie non sono valutate chiaramente. Ancora una volta, come molti temono, questo sarà disponibile solo per pochi eletti.

Tuttavia, questo non è un semplice ritaglio e inclusione di pulsanti come immaginano coloro che hanno familiarità con CRISPR principalmente dalle illustrazioni sulla stampa. Molte caratteristiche umane e la suscettibilità alle malattie non sono controllate da uno o due geni. Le malattie vanno da avere un gene, creando le condizioni per molte migliaia di opzioni di rischio, aumentando o diminuendo la suscettibilità ai fattori ambientali. Tuttavia, mentre molte malattie, come la depressione e il diabete, sono poligeniche, anche il semplice taglio dei singoli geni spesso aiuta. Ad esempio, Verve sta sviluppando una terapia genica che riduce la prevalenza delle malattie cardiovascolari, una delle principali cause di morte nel mondo. edizioni relativamente piccole del genoma.

Per compiti complessi, e uno di questi basi poligeniche della malattia, l'uso dell'intelligenza artificiale è recentemente diventato una ricetta. Si basa su aziende come quella che ha iniziato a offrire ai genitori una valutazione del rischio poligenico. Inoltre, i set di dati genomici sequenziati stanno diventando sempre più grandi (alcuni con oltre un milione di genomi sequenziati), il che aumenterà l'accuratezza dei modelli di apprendimento automatico nel tempo.

rete cerebrale

Nel suo libro, Miguel Nicolelis, uno dei pionieri di quello che oggi è noto come "hacking cerebrale", ha definito la comunicazione il futuro dell'umanità, la fase successiva nell'evoluzione della nostra specie. Ha condotto una ricerca in cui ha collegato il cervello di diversi ratti utilizzando sofisticati elettrodi impiantati noti come interfacce cervello-cervello.

Nicolelis ei suoi colleghi hanno descritto il risultato come il primo "computer organico" con cervelli viventi collegati tra loro come se fossero più microprocessori. Gli animali in questa rete hanno imparato a sincronizzare l'attività elettrica delle loro cellule nervose nello stesso modo in cui fanno in ogni singolo cervello. Il cervello in rete è stato testato per cose come la sua capacità di distinguere tra due diversi modelli di stimoli elettrici e di solito superano i singoli animali. Se i cervelli interconnessi dei topi sono "più intelligenti" di quelli di ogni singolo animale, immagina le capacità di un supercomputer biologico interconnesso da un cervello umano. Tale rete potrebbe consentire alle persone di lavorare oltre le barriere linguistiche. Inoltre, se i risultati dello studio sui ratti sono corretti, il collegamento in rete del cervello umano potrebbe migliorare le prestazioni, o almeno così sembra.

Ci sono stati esperimenti recenti, citati anche nelle pagine di MT, che hanno coinvolto l'attività cerebrale di una piccola rete di persone. Tre persone sedute in stanze diverse hanno lavorato insieme per orientare correttamente il blocco in modo che potesse colmare il divario tra gli altri blocchi in un videogioco simile a Tetris. Due persone che fungevano da "mittenti", con elettroencefalografi (EEG) sulla testa che registravano l'attività elettrica del cervello, vedevano il divario e sapevano se il blocco doveva essere ruotato per adattarsi. La terza persona, in qualità di "ricevente", non conosceva la soluzione corretta e doveva fare affidamento su istruzioni inviate direttamente dal cervello dei mittenti. Un totale di cinque gruppi di persone sono stati testati con questa rete, chiamata "BrainNet" (7), e hanno raggiunto in media oltre l'80% di precisione sull'attività.

7. Foto dell'esperimento BrainNet

Per rendere le cose più difficili, i ricercatori a volte hanno aggiunto rumore al segnale inviato da uno dei mittenti. Di fronte a indicazioni contrastanti o ambigue, i destinatari hanno imparato rapidamente a identificare e seguire le istruzioni più precise del mittente. I ricercatori osservano che questo è il primo rapporto che il cervello di molte persone è stato cablato in modo completamente non invasivo. Sostengono che il numero di persone i cui cervelli possono essere collegati in rete è praticamente illimitato. Suggeriscono inoltre che la trasmissione di informazioni utilizzando metodi non invasivi può essere migliorata dall'imaging simultaneo dell'attività cerebrale (fMRI), poiché ciò potenzialmente aumenta la quantità di informazioni che un'emittente può trasmettere. Tuttavia, fMRI non è una procedura facile e complicherà un compito già estremamente difficile. I ricercatori ipotizzano anche che il segnale potrebbe essere mirato ad aree specifiche del cervello per attivare la consapevolezza di specifici contenuti semantici nel cervello del ricevente.

Allo stesso tempo, gli strumenti per una connettività cerebrale più invasiva e possibilmente più efficiente si stanno evolvendo rapidamente. Элон Маск ha recentemente annunciato lo sviluppo di un impianto BCI contenente XNUMX elettrodi per consentire un'ampia comunicazione tra computer e cellule nervose nel cervello. (DARPA) ha sviluppato un'interfaccia neurale impiantabile in grado di attivare simultaneamente un milione di cellule nervose. Sebbene questi moduli BCI non siano stati progettati specificamente per interagire cervello-cervellonon è difficile immaginare che possano essere utilizzati per tali scopi.

Oltre a quanto sopra, c'è un'altra idea di "biohacking", che va di moda soprattutto nella Silicon Valley e consiste in vari tipi di procedure di benessere con basi scientifiche a volte dubbie. Tra questi ci sono varie diete e tecniche di esercizio, nonché incl. trasfusione di sangue giovane e impianto di frammenti sottocutanei. In questo caso, i ricchi pensano a qualcosa come "hackerare la morte" o la vecchiaia. Finora, non ci sono prove convincenti che i metodi che usano possano prolungare significativamente la vita, per non parlare dell'immortalità che alcuni sognano.