Udukuzi wa asili

Asili yenyewe inaweza kutufundisha jinsi ya kuingilia maumbile, kama nyuki, ambao Mark Mescher na Consuelo De Moraes wa ETH huko Zurich walibainisha kuwa wao humeza majani kwa ustadi ili "kuhimiza" mimea kuchanua.

Inafurahisha kwamba majaribio ya kuiga matibabu haya ya wadudu kwa kutumia mbinu zetu hayajafanikiwa, na wanasayansi sasa wanashangaa ikiwa siri ya uharibifu wa wadudu kwenye majani inategemea muundo wa kipekee wanaotumia, au labda katika kuanzishwa kwa vitu fulani na nyuki. Juu ya wengine mashamba ya biohacking hata hivyo, tunafanya vyema zaidi.

Kwa mfano, wahandisi hivi karibuni waligundua jinsi gani geuza mchicha kuwa mifumo ya hisia za mazingiraambayo inaweza kukuarifu uwepo wa vilipuzi. Mnamo mwaka wa 2016, mhandisi wa kemikali Ming Hao Wong na timu yake huko MIT walipandikiza nanotubes za kaboni kwenye majani ya mchicha. Athari za vilipuziambayo mmea ulichukua kupitia hewa au chini ya ardhi, ilifanya nanotubes toa ishara ya fluorescent. Ili kunasa ishara kama hiyo kutoka kwa kiwanda, kamera ndogo ya infrared ilielekezwa kwenye jani na kuunganishwa kwenye chip ya Raspberry Pi. Kamera ilipogundua ishara, ilianzisha arifa ya barua pepe. Baada ya kuendeleza nanosensors katika mchicha, Wong alianza kuendeleza matumizi mengine ya teknolojia, hasa katika kilimo ili kuonya juu ya ukame au wadudu.

uzushi wa bioluminescence, kwa mfano. katika ngisi, jellyfish na viumbe vingine vya baharini. Mbuni wa Ufaransa Sandra Rey anatoa bioluminescence kama njia ya asili ya taa, ambayo ni, uundaji wa taa "hai" ambazo hutoa mwanga bila umeme (2). Ray ndiye mwanzilishi na Mkurugenzi Mtendaji wa Glowee, kampuni ya taa ya bioluminescent. Anatabiri kwamba siku moja wataweza kuchukua nafasi ya taa za kawaida za barabara za umeme.

2. Taswira ya Taa ya Glowee

Kwa ajili ya uzalishaji wa mwanga, mafundi wa Glowee wanahusisha jeni la bioluminescence hupatikana kutoka kwa cuttlefish wa Hawaii hadi bakteria ya E. koli, na kisha wanakuza bakteria hizi. Kwa kupanga DNA, wahandisi wanaweza kudhibiti rangi ya mwanga wakati inapozima na kuwasha, pamoja na marekebisho mengine mengi. Bakteria hawa bila shaka wanahitaji kutunzwa na kulishwa ili wabaki hai na waking'aa, kwa hivyo kampuni inajitahidi kuweka mwangaza kwa muda mrefu zaidi. Kwa sasa, anasema Rei huko Wired, wana mfumo mmoja ambao umekuwa ukifanya kazi kwa siku sita. Muda mdogo wa maisha wa sasa wa taa inamaanisha kuwa kwa sasa wanafaa zaidi kwa hafla au sherehe.

Wanyama wa kipenzi walio na mikoba ya elektroniki

Unaweza kutazama wadudu na kujaribu kuwaiga. Unaweza pia kujaribu "kudukua" na kuzitumia kama... drones ndogo. Bumblebees huwa na "begi" zenye vitambuzi, kama vile zile zinazotumiwa na wakulima kufuatilia mashamba yao (3). Tatizo la microdrones ni nguvu. Hakuna shida kama hiyo na wadudu. Wanaruka bila kuchoka. Wahandisi walipakia "mizigo" yao na vitambuzi, kumbukumbu kwa ajili ya kuhifadhi data, vipokezi vya ufuatiliaji wa eneo na betri za kuwasha umeme (hiyo ni, uwezo mdogo zaidi) - zote zina uzito wa miligramu 102. Wadudu hao wanapoendelea na shughuli zao za kila siku, vihisi hupima halijoto na unyevunyevu, na mahali walipo hufuatiliwa kwa kutumia mawimbi ya redio. Baada ya kurudi kwenye mzinga, data inapakuliwa na betri inachajiwa bila waya. Timu ya wanasayansi inaita teknolojia yao Living IoT.

3. Live IoT, ambayo ni bumblebee yenye mfumo wa kielektroniki mgongoni mwake

Daktari wa wanyama katika Taasisi ya Max Planck ya Ornithology. Martin Wikelski iliamua kujaribu imani maarufu kwamba wanyama wana uwezo wa kuzaliwa wa kuhisi majanga yanayokuja. Wikelski inaongoza mradi wa kimataifa wa kufunga sensorer kwenye wanyama - ICARUS. Mwandishi wa muundo na utafiti alipata sifa mbaya alipoambatanisha Beacons za GPS wanyama (4), wakubwa na wadogo, ili kusoma ushawishi wa matukio kwenye tabia zao. Wanasayansi wameonyesha, miongoni mwa mambo mengine, kwamba ongezeko la kuwepo kwa storks nyeupe inaweza kuwa dalili ya mashambulizi ya nzige, na eneo na joto la mwili wa bata wa mallard inaweza kuwa dalili ya kuenea kwa mafua ya ndege kati ya wanadamu.

4. Martin Wikelski na stork transmitter

Sasa Wikelski inatumia mbuzi ili kujua kama kuna kitu katika nadharia za kale ambacho wanyama "wanakijua" kuhusu matetemeko ya ardhi yanayokuja na milipuko ya volkeno. Mara tu baada ya tetemeko kubwa la ardhi la Norcia 2016 nchini Italia, Wikelski alifunga mifugo karibu na kitovu ili kuona kama walitenda tofauti kabla ya mishtuko hiyo. Kila kola ilikuwa na zote mbili Kifaa cha kufuatilia GPSkama kipima kasi.

Baadaye alielezea kuwa kwa ufuatiliaji kama huo wa saa-saa, mtu anaweza kuamua tabia "ya kawaida" na kisha kutafuta kasoro. Wikelski na timu yake walibainisha kuwa wanyama hao waliongeza kasi yao saa chache kabla ya tetemeko la ardhi kupiga. Aliona "vipindi vya onyo" kutoka masaa 2 hadi 18, kulingana na umbali kutoka kwa kitovu. Wikelski inatumika kwa hataza kwa mfumo wa onyo wa maafa kulingana na tabia ya pamoja ya wanyama kuhusiana na msingi.

Kuboresha ufanisi wa usanisinuru

Dunia inaishi kwa sababu inapanda duniani kote kutoa oksijeni kama matokeo ya usanisinuruna baadhi yao huwa vyakula vya ziada vya lishe. Hata hivyo, photosynthesis si kamilifu, licha ya mamilioni ya miaka ya mageuzi. Watafiti katika Chuo Kikuu cha Illinois wameanza kazi ya kurekebisha kasoro katika usanisinuru, ambayo wanaamini inaweza kuongeza mavuno ya mazao kwa hadi asilimia 40.

Walizingatia mchakato unaoitwa photorespirationambayo sio sehemu kubwa ya usanisinuru kama matokeo yake. Kama michakato mingi ya kibaolojia, photosynthesis haifanyi kazi kikamilifu kila wakati. Wakati wa photosynthesis, mimea huchukua maji na dioksidi kaboni na kugeuza kuwa sukari (chakula) na oksijeni. Mimea haihitaji oksijeni, kwa hiyo huondolewa.

Watafiti walitenga kimeng'enya kinachoitwa ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO). Mchanganyiko huu wa protini hufunga molekuli ya kaboni dioksidi kwa ribulose-1,5-bisphosphate (RuBisCO). Kwa karne nyingi, angahewa ya dunia imekuwa na oksidi zaidi, ikimaanisha kuwa RuBisCO inapaswa kukabiliana na molekuli nyingi za oksijeni zilizochanganywa na dioksidi kaboni. Katika kesi moja kati ya nne, RuBisCO inakamata molekuli ya oksijeni kimakosa, na hii inathiri utendaji.

Kwa sababu ya kutokamilika kwa mchakato huu, mimea huachwa na bidhaa zenye sumu kama vile glycolate na amonia. Usindikaji wa misombo hii (kupitia photorespiration) inahitaji nishati, ambayo huongezwa kwa hasara zinazotokana na ufanisi wa photosynthesis. Waandishi wa utafiti wanaona kuwa mchele, ngano na soya ni duni kwa sababu ya hili, na RuBisCO inakuwa sahihi hata kidogo wakati joto linaongezeka. Hii ina maana kwamba kadiri ongezeko la joto duniani linavyozidi, kunaweza kuwa na upungufu wa chakula.

Suluhisho hili ni sehemu ya programu inayoitwa (RIPE) na inahusisha kutambulisha jeni mpya zinazofanya kupumua kwa picha haraka na kwa ufanisi zaidi wa nishati. Timu ilitengeneza njia tatu mbadala kwa kutumia mpangilio mpya wa kijeni. Njia hizi zimeboreshwa kwa aina 1700 za mimea tofauti. Kwa miaka miwili, wanasayansi walijaribu mlolongo huu kwa kutumia tumbaku iliyorekebishwa. Ni mmea wa kawaida katika sayansi kwa sababu genome yake inaeleweka vizuri sana. Zaidi njia bora za kupumua kwa picha kuruhusu mimea kuokoa kiasi kikubwa cha nishati ambayo inaweza kutumika kwa ukuaji wao. Hatua inayofuata ni kuingiza jeni katika mazao ya chakula kama vile soya, maharagwe, mchele na nyanya.

Seli za damu za bandia na vipande vya jeni

Udukuzi wa asili hii inaongoza mwisho kwa mtu mwenyewe. Mwaka jana, wanasayansi wa Kijapani waliripoti kwamba walikuwa wametengeneza damu ya bandia ambayo inaweza kutumika kwa mgonjwa yeyote, bila kujali aina ya damu, ambayo ina maombi kadhaa ya maisha halisi katika matibabu ya kiwewe. Hivi majuzi, wanasayansi wamefanya mafanikio makubwa zaidi kwa kuunda chembe nyekundu za damu za syntetisk (5). Haya seli za damu za bandia wao sio tu kuonyesha mali ya wenzao wa asili, lakini pia wana uwezo wa juu. Timu kutoka Chuo Kikuu cha New Mexico, Maabara ya Kitaifa ya Sandia, na Chuo Kikuu cha Polytechnic cha China Kusini wameunda chembe nyekundu za damu ambazo haziwezi tu kubeba oksijeni kwenye sehemu mbalimbali za mwili, lakini pia kutoa dawa, kuhisi sumu, na kufanya kazi nyinginezo. .

5. Seli ya damu ya syntetisk

Mchakato wa kuunda seli za damu za bandia ilianzishwa na seli za asili ambazo zilipakwa kwanza safu nyembamba ya silika na kisha kwa tabaka za polima chanya na hasi. Silika basi huchorwa na hatimaye uso hufunikwa na utando wa asili wa erithrositi. Hii imesababisha kuundwa kwa erythrocytes ya bandia kuwa na ukubwa, sura, malipo na protini za uso sawa na halisi.

Kwa kuongezea, watafiti walionyesha kubadilika kwa seli mpya za damu kwa kuzisukuma kupitia mapengo madogo kwenye kapilari za mfano. Hatimaye, ilipojaribiwa katika panya, hakuna madhara ya sumu yaliyopatikana hata baada ya masaa 48 ya mzunguko. Majaribio yalipakia seli hizi na himoglobini, dawa za kuzuia saratani, vitambuzi vya sumu, au chembechembe za sumaku ili kuonyesha kuwa zinaweza kubeba aina tofauti za malipo. Seli za bandia zinaweza pia kufanya kazi kama chambo kwa vijidudu.

Udukuzi wa asili hii hatimaye husababisha wazo la marekebisho ya maumbile, kurekebisha na uhandisi wa binadamu, na ufunguzi wa miingiliano ya ubongo kwa mawasiliano ya moja kwa moja kati ya akili.

Hivi sasa, kuna wasiwasi mwingi na wasiwasi juu ya matarajio ya urekebishaji wa maumbile ya mwanadamu. Hoja za kuunga mkono pia ni kali, kama vile mbinu za kudanganya jeni zinaweza kusaidia kuondoa ugonjwa huo. Wanaweza kuondokana na aina nyingi za maumivu na wasiwasi. Wanaweza kuongeza akili ya watu na maisha marefu. Baadhi ya watu huenda mbali na kusema wanaweza kubadilisha kiwango cha furaha na tija ya binadamu kwa amri nyingi za ukubwa.

Uhandisi Jeniikiwa matokeo yake yaliyotarajiwa yalichukuliwa kwa uzito, inaweza kuchukuliwa kuwa tukio la kihistoria, sawa na mlipuko wa Cambrian, ambao ulibadilisha kasi ya mageuzi. Watu wengi wanapofikiria mageuzi, wao hufikiria mageuzi ya kibiolojia kupitia uteuzi wa asili, lakini inavyotokea, aina nyinginezo zinaweza kuwaziwa.

Kuanzia miaka ya XNUMX, watu walianza kurekebisha DNA ya mimea na wanyama (Angalia pia: ), uumbaji vyakula vilivyobadilishwa vinasabank Hivi sasa, watoto nusu milioni wanazaliwa kila mwaka kwa msaada wa IVF. Kwa kuongezeka, michakato hii pia inajumuisha kupanga viinitete ili kuchunguza magonjwa na kubainisha kiinitete kinachofaa zaidi (aina ya uhandisi wa kijeni, ingawa bila mabadiliko halisi ya jenomu).

Pamoja na ujio wa CRISPR na teknolojia sawa (6), tumeshuhudia kuongezeka kwa utafiti katika kufanya mabadiliko ya kweli kwa DNA. Mnamo mwaka wa 2018, He Jiankui aliunda watoto wa kwanza waliobadilishwa vinasaba nchini Uchina, ambapo alifungwa gerezani. Suala hili kwa sasa ni mada ya mjadala mkali wa kimaadili. Mnamo mwaka wa 2017, Chuo cha Kitaifa cha Sayansi cha Merika na Chuo cha Kitaifa cha Tiba kiliidhinisha dhana ya uhariri wa genome ya binadamu, lakini tu "baada ya kupata majibu ya maswali ya usalama na utendaji" na "tu katika kesi ya magonjwa makubwa na chini ya uangalizi wa karibu. "

Mtazamo wa "watoto wa kubuni", yaani, kubuni watu kwa kuchagua sifa ambazo mtoto anapaswa kuzaliwa, husababisha utata. Hili halifai kwani inaaminika kuwa ni matajiri na waliobahatika tu ndio watapata njia hizo. Hata kama muundo kama huo hauwezekani kitaalam kwa muda mrefu, itakuwa hata kudanganywa kwa maumbile kuhusu ufutaji wa jeni kwa kasoro na magonjwa haujatathminiwa kwa uwazi. Tena, kama wengi wanaogopa, hii itapatikana kwa wachache waliochaguliwa.

Walakini, hii si rahisi kukata na kujumuisha vitufe kama wale wanaoifahamu CRISPR hasa kutokana na vielelezo kwenye vyombo vya habari wanavyofikiria. Sifa nyingi za binadamu na uwezekano wa kupata magonjwa hazidhibitiwi na jeni moja au mbili. Magonjwa mbalimbali kutoka kuwa na jeni moja, kuunda hali kwa maelfu ya chaguzi za hatari, kuongeza au kupunguza uwezekano wa mambo ya mazingira. Walakini, ingawa magonjwa mengi, kama vile unyogovu na kisukari, ni ya aina nyingi, hata kukata jeni za mtu binafsi mara nyingi husaidia. Kwa mfano, Verve anatengeneza tiba ya jeni ambayo inapunguza kuenea kwa ugonjwa wa moyo na mishipa, mojawapo ya sababu kuu za vifo duniani kote. matoleo madogo ya jenomu.

Kwa kazi ngumu, na mmoja wao polygenic msingi wa ugonjwa, matumizi ya akili ya bandia hivi karibuni imekuwa kichocheo. Inatokana na kampuni kama ile iliyoanza kuwapa wazazi tathmini ya hatari ya aina nyingi. Zaidi ya hayo, seti za data za jeni zinazofuatana zinazidi kuwa kubwa na kubwa (zingine zikiwa na jenomu zaidi ya milioni moja zilizopangwa), jambo ambalo litaongeza usahihi wa miundo ya kujifunza kwa mashine baada ya muda.

mtandao wa ubongo

Katika kitabu chake, Miguel Nicolelis, mmoja wa waanzilishi wa kile ambacho sasa kinajulikana kama "udukuzi wa ubongo," aliita mawasiliano mustakabali wa ubinadamu, hatua inayofuata katika mageuzi ya aina zetu. Alifanya utafiti ambamo aliunganisha akili za panya kadhaa kwa kutumia elektroni za kisasa zilizopandikizwa zinazojulikana kama miingiliano ya ubongo na ubongo.

Nicolelis na wenzake walieleza mafanikio hayo kama "kompyuta hai" ya kwanza yenye akili hai zilizounganishwa pamoja kana kwamba ni vichakataji vidogo vingi. Wanyama katika mtandao huu wamejifunza kusawazisha shughuli za umeme za seli zao za neva kwa njia sawa na katika ubongo wowote wa kibinafsi. Ubongo wa mtandao umejaribiwa kwa vitu kama vile uwezo wake wa kutofautisha kati ya mifumo miwili tofauti ya vichocheo vya umeme, na kwa kawaida huwashinda wanyama binafsi. Ikiwa akili zilizounganishwa za panya ni "nadhifu" kuliko zile za mnyama yeyote, fikiria uwezo wa kompyuta kuu ya kibaolojia iliyounganishwa na ubongo wa mwanadamu. Mtandao kama huo unaweza kuruhusu watu kufanya kazi katika vizuizi vya lugha. Pia, ikiwa matokeo ya utafiti wa panya ni sahihi, mtandao wa ubongo wa binadamu unaweza kuboresha utendaji, au inaonekana hivyo.

Kumekuwa na majaribio ya hivi karibuni, pia yaliyotajwa katika kurasa za MT, ambayo yalihusisha kuunganisha shughuli za ubongo za mtandao mdogo wa watu. Watu watatu walioketi katika vyumba tofauti walifanya kazi pamoja kuelekeza kizuizi kwa usahihi ili iweze kuziba pengo kati ya vizuizi vingine katika mchezo wa video unaofanana na Tetris. Watu wawili ambao walifanya kama "watumaji," wakiwa na electroencephalographs (EEGs) vichwani mwao ambazo zilirekodi shughuli za umeme za akili zao, waliona pengo na walijua ikiwa kizuizi kilihitaji kuzungushwa ili kutoshea. Mtu wa tatu, akifanya kama "mpokeaji", hakujua suluhisho sahihi na ilibidi ategemee maagizo yaliyotumwa moja kwa moja kutoka kwa akili za watumaji. Jumla ya vikundi vitano vya watu vilijaribiwa na mtandao huu, unaoitwa "BrainNet" (7), na kwa wastani walipata usahihi wa zaidi ya 80% kwenye kazi hiyo.

7. Picha kutoka kwa jaribio la BrainNet

Ili kufanya mambo kuwa magumu zaidi, watafiti wakati mwingine waliongeza kelele kwenye ishara iliyotumwa na mmoja wa watumaji. Wakikabiliwa na maelekezo yanayokinzana au yenye utata, wapokeaji walijifunza haraka kutambua na kufuata maagizo sahihi zaidi ya mtumaji. Watafiti wanabainisha kuwa hii ni ripoti ya kwanza kwamba akili za watu wengi zimeunganishwa kwa njia isiyo ya uvamizi kabisa. Wanasema kuwa idadi ya watu ambao akili zao zinaweza kuunganishwa kwenye mitandao haina kikomo. Pia zinapendekeza kwamba uwasilishaji wa habari kwa kutumia mbinu zisizo vamizi zinaweza kuboreshwa kwa kupiga picha za shughuli za ubongo (fMRI), kwani hii inaweza kuongeza kiwango cha habari ambacho mtangazaji anaweza kuwasilisha. Walakini, fMRI sio utaratibu rahisi, na itachanganya kazi ambayo tayari ni ngumu sana. Watafiti pia wanakisia kuwa mawimbi yanaweza kulengwa kwa maeneo mahususi ya ubongo ili kuanzisha ufahamu wa maudhui mahususi ya kisemantiki kwenye ubongo wa mpokeaji.

Wakati huo huo, zana za muunganisho wa ubongo vamizi zaidi na labda ufanisi zaidi zinabadilika haraka. Elon Musk hivi karibuni ilitangaza uundaji wa kipandikizi cha BCI kilicho na elektrodi XNUMX ili kuwezesha mawasiliano mapana kati ya kompyuta na seli za neva kwenye ubongo. (DARPA) imetengeneza kiolesura cha neural kinachoweza kupandikizwa chenye uwezo wa kurusha seli milioni za neva kwa wakati mmoja. Ingawa moduli hizi za BCI hazikuundwa mahsusi kuingiliana ubongo-ubongosi vigumu kufikiria kwamba zinaweza kutumika kwa madhumuni hayo.

Mbali na hayo hapo juu, kuna ufahamu mwingine wa "biohacking", ambayo ni ya mtindo hasa katika Silicon Valley na inajumuisha aina mbalimbali za taratibu za ustawi na wakati mwingine misingi ya kisayansi yenye shaka. Miongoni mwao ni mlo mbalimbali na mbinu za mazoezi, pamoja na incl. uhamisho wa damu ya vijana, pamoja na kuingizwa kwa chips chini ya ngozi. Katika kesi hii, matajiri wanafikiria kitu kama "kukata mauti" au uzee. Kufikia sasa, hakuna ushahidi wa kushawishi kwamba njia wanazotumia zinaweza kupanua maisha kwa kiasi kikubwa, bila kutaja kutokufa ambayo wengine huota.