Hackeo da natureza

A propia natureza pode ensinarnos a piratear a natureza, como as abellas, o que Mark Mescher e Consuelo De Moraes da ETH en Zúric sinalaron que mordiscan as follas de xeito experto para "animar" as plantas a florecer.

Curiosamente, os intentos de replicar estes tratamentos contra insectos cos nosos métodos non tiveron éxito, e os científicos pregúntanse agora se o segredo do dano efectivo dos insectos nas follas reside no patrón único que usan, ou quizais na introdución dalgunhas substancias por parte das abellas. Sobre outros campos de biohacking con todo, estamos a facelo mellor.

Por exemplo, os enxeñeiros descubriron recentemente como converter as espinacas en sistemas sensoriais ambientaisque pode alertar da presenza de explosivos. En 2016, o enxeñeiro químico Ming Hao Wong e o seu equipo do MIT transplantaron nanotubos de carbono en follas de espinaca. rastros de explosivosque a planta absorbía a través do aire ou das augas subterráneas, fabricaba nanotubos emitir un sinal fluorescente. Para capturar tal sinal da fábrica, apuntouse unha pequena cámara infravermella cara á folla e unida a un chip Raspberry Pi. Cando a cámara detectou un sinal, activaba unha alerta por correo electrónico. Despois de desenvolver nanosensores en espinacas, Wong comezou a desenvolver outras aplicacións para a tecnoloxía, especialmente na agricultura, para alertar da seca ou das pragas.

o fenómeno da bioluminiscencia, por exemplo. en luras, medusas e outras criaturas mariñas. A deseñadora francesa Sandra Rey presenta a bioluminiscencia como unha forma natural de iluminar, é dicir, a creación de farois "vivos" que emiten luz sen electricidade (2). Ray é o fundador e CEO de Glowee, unha empresa de iluminación bioluminiscente. Augura que algún día poderán substituír o alumeado público eléctrico convencional.

2. Visualización de iluminación Glowee

Para a produción de luz, os técnicos de Glowee implican xene da bioluminiscencia obtido dos chocos hawaianos en bacterias E. coli, e despois crecen estas bacterias. Ao programar o ADN, os enxeñeiros poden controlar a cor da luz cando se apaga e se acende, así como moitas outras modificacións. Obviamente, estas bacterias deben ser coidadas e alimentadas para manterse vivas e radiantes, polo que a empresa traballa para manter a luz acesa por máis tempo. Polo momento, di Rey en Wired, teñen un sistema que leva seis días funcionando. A limitada vida útil actual das luminarias fai que nestes momentos sexan maioritariamente aptas para eventos ou festivais.

Mascotas con mochilas electrónicas

Podes ver insectos e tentar imitalos. Tamén podes tentar "piratear" e usalos como... drones en miniatura. Os abejorros están equipados con "mochilas" con sensores, como os que usan os agricultores para controlar os seus campos (3). O problema dos microdrones é a potencia. Non hai tal problema cos insectos. Voan sen descanso. Os enxeñeiros cargaron a súa "equipaxe" con sensores, memoria para almacenamento de datos, receptores para o seguimento da localización e baterías para alimentar a electrónica (é dicir, unha capacidade moito menor) - todo pesando 102 miligramos. A medida que os insectos realizan as súas actividades diarias, os sensores miden a temperatura e a humidade, e a súa posición é seguida mediante un sinal de radio. Despois de regresar á colmea, os datos descárganse e a batería cárgase sen fíos. O equipo de científicos chama á súa tecnoloxía Living IoT.

3. Live IoT, que é un abejorro cun sistema electrónico nas costas

Zoólogo do Instituto Max Planck de Ornitoloxía. Martín Wikelski decidiu probar a crenza popular de que os animais teñen unha capacidade innata para percibir desastres inminentes. Wikelski lidera o proxecto internacional de detección animal, ICARUS. O autor do deseño e da investigación gañou notoriedade cando achegou balizas GPS animais (4), tanto grandes como pequenos, para estudar a influencia dos fenómenos no seu comportamento. Os científicos demostraron, entre outras cousas, que unha maior presenza de cegoñas brancas pode ser indicativa de infestacións de saltóns, e a localización e a temperatura corporal dos patos ánade real pode ser indicativa da propagación da gripe aviar entre os humanos.

4. Martin Wikelski e a cegoña transmisora

Agora Wikelski está a usar cabras para descubrir se hai algo nas teorías antigas que os animais "saben" sobre terremotos e erupcións volcánicas inminentes. Inmediatamente despois do masivo terremoto de Norcia de 2016 en Italia, Wikelski pegou o gando preto do epicentro para ver se se comportaban de forma diferente antes dos choques. Cada colar contiña os dous dispositivo de seguimento GPScomo un acelerómetro.

Máis tarde explicou que con esa vixilancia durante todo o día, pódese determinar o comportamento "normal" e despois buscar anomalías. Wikelski e o seu equipo sinalaron que os animais aumentaron a súa aceleración nas horas anteriores ao terremoto. Observou "períodos de aviso" de 2 a 18 horas, dependendo da distancia do epicentro. Wikelski solicita unha patente para un sistema de alerta de desastres baseado no comportamento colectivo dos animais en relación a unha liña de referencia.

Mellorar a eficiencia da fotosíntese

A terra vive porque planta en todo o mundo liberar osíxeno como subproduto da fotosíntesee algúns deles convértense en alimentos nutritivos adicionais. Porén, a fotosíntese é imperfecta, a pesar de moitos millóns de anos de evolución. Investigadores da Universidade de Illinois comezaron a traballar para corrixir os defectos da fotosíntese, que cren que poderían aumentar o rendemento dos cultivos ata un 40 por cento.

Centráronse en un proceso chamado fotorespiraciónque non forma tanto parte da fotosíntese como a súa consecuencia. Como moitos procesos biolóxicos, a fotosíntese non sempre funciona perfectamente. Durante a fotosíntese, as plantas captan auga e dióxido de carbono e convértenos en azucres (alimentos) e osíxeno. As plantas non necesitan osíxeno, polo que se elimina.

Os investigadores illaron un encima chamado ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilase/osixenase (RuBisCO). Este complexo proteico une unha molécula de dióxido de carbono á ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBisCO). Ao longo dos séculos, a atmosfera terrestre oxidouse máis, o que significa que RuBisCO ten que lidiar con máis moléculas de osíxeno mesturadas con dióxido de carbono. Nun de cada catro casos, RuBisCO captura por erro unha molécula de osíxeno, e isto afecta o rendemento.

Debido á imperfección deste proceso, as plantas quedan con subprodutos tóxicos como o glicolato e o amoníaco. O procesamento destes compostos (mediante fotorrespiración) require enerxía, que se suma ás perdas derivadas da ineficiencia da fotosíntese. Os autores do estudo sinalan que o arroz, o trigo e a soia son deficientes por iso, e RuBisCO faise aínda menos preciso a medida que aumenta a temperatura. Isto significa que a medida que se intensifica o quecemento global, pode haber unha redución no abastecemento de alimentos.

Esta solución forma parte dun programa denominado (RIPE) e consiste en introducir novos xenes que fan que a fotorrespiración sexa máis rápida e eficiente enerxéticamente. O equipo desenvolveu tres vías alternativas utilizando as novas secuencias xenéticas. Estas vías optimizáronse para 1700 especies vexetais diferentes. Durante dous anos, os científicos probaron estas secuencias usando tabaco modificado. É unha planta común na ciencia porque o seu xenoma é excepcionalmente ben entendido. Máis vías eficientes para a fotorrespiración permite que as plantas aforren unha cantidade importante de enerxía que se pode utilizar para o seu crecemento. O seguinte paso é introducir xenes nos cultivos alimentarios como a soia, as fabas, o arroz e os tomates.

Células artificiais e recortes de xenes

Hackeo da natureza isto leva ao final ao propio home. O ano pasado, científicos xaponeses informaron de que desenvolveran un sangue artificial que se pode usar en calquera paciente, independentemente do tipo sanguíneo, que ten varias aplicacións na vida real na medicina do trauma. Recentemente, os científicos lograron un avance aínda máis grande creando glóbulos vermellos sintéticos (5). Estes células sanguíneas artificiais non só mostran as propiedades dos seus homólogos naturais, senón que tamén teñen capacidades avanzadas. Un equipo da Universidade de Novo México, o Laboratorio Nacional de Sandia e a Universidade Politécnica do Sur de China crearon glóbulos vermellos que non só poden transportar osíxeno a varias partes do corpo, senón que tamén poden administrar medicamentos, detectar toxinas e realizar outras tarefas. .

5. Célula sanguínea sintética

O proceso de creación de células sanguíneas artificiais foi iniciado por células naturais que foron recubertas primeiro cunha fina capa de sílice e despois con capas de polímeros positivos e negativos. Despois grabouse a sílice e finalmente a superficie cóbrese con membranas de eritrocitos naturais. Isto levou á creación de eritrocitos artificiais con proteínas de tamaño, forma, carga e superficie similares ás reais.

Ademais, os investigadores demostraron a flexibilidade das células sanguíneas recentemente formadas empuxándoas a través de pequenas lagoas dos capilares modelo. Finalmente, cando se probou en ratos, non se atoparon efectos secundarios tóxicos mesmo despois de 48 horas de circulación. As probas cargaron estas células con hemoglobina, medicamentos contra o cancro, sensores de toxicidade ou nanopartículas magnéticas para demostrar que podían levar diferentes tipos de cargas. As células artificiais tamén poden actuar como cebo para os patóxenos.

Hackeo da natureza isto leva finalmente á idea de corrección xenética, fixación e enxeñería de humanos, e a apertura de interfaces cerebrais para a comunicación directa entre cerebros.

Actualmente, hai moita ansiedade e preocupación pola perspectiva da modificación xenética humana. Os argumentos a favor tamén son fortes, como que as técnicas de manipulación xenética poden axudar a eliminar a enfermidade. Poden eliminar moitas formas de dor e ansiedade. Poden aumentar a intelixencia e a lonxevidade das persoas. Algunhas persoas chegan a dicir que poden cambiar a escala da felicidade e produtividade humana en moitas ordes de magnitude.

Enxeñaría xenéticase se tomasen en serio as súas esperadas consecuencias, poderíase considerar como un acontecemento histórico, igual á explosión do Cámbrico, que cambiou o ritmo da evolución. Cando a maioría da xente pensa na evolución, pensa na evolución biolóxica a través da selección natural, pero polo que se ve, pódense imaxinar outras formas dela.

A partir do século XX, a xente comezou a modificar o ADN de plantas e animais (Ver tamén: ), creación alimentos modificados xeneticamenteetc. Actualmente, medio millón de nenos nacen cada ano coa axuda da FIV. Cada vez máis, estes procesos tamén inclúen a secuenciación de embrións para detectar enfermidades e a determinación do embrión máis viable (unha forma de enxeñería xenética, aínda que sen cambios activos reais no xenoma).

Coa chegada de CRISPR e tecnoloxías similares (6), vimos un auxe na investigación para facer cambios reais no ADN. En 2018, He Jiankui creou os primeiros nenos modificados xeneticamente en China, polo que foi enviado a prisión. Este tema é actualmente obxecto de feroz debate ético. En 2017, a Academia Nacional de Ciencias dos Estados Unidos e a Academia Nacional de Medicina aprobaron o concepto de edición do xenoma humano, pero só "despois de atopar respostas a cuestións de seguridade e rendemento" e "só no caso de enfermidades graves e baixo unha estreita supervisión". "

O punto de vista dos “bebés de deseño”, é dicir, de deseñar persoas escollendo os trazos que debe ter un neno para nacer, xera polémica. Isto non é desexable xa que se cre que só os ricos e privilexiados terán acceso a tales métodos. Aínda que un deseño deste tipo sexa tecnicamente imposible durante moito tempo, incluso será manipulación xenética en canto á deleción de xenes para defectos e enfermidades non se avalían claramente. De novo, como moitos temen, isto só estará dispoñible para uns poucos selectos.

Non obstante, non se trata dun recorte e inclusión de botóns tan sinxelo como imaxinan os que están familiarizados con CRISPR principalmente polas ilustracións da prensa. Moitas características humanas e a susceptibilidade ás enfermidades non están controladas por un ou dous xenes. As enfermidades van desde tendo un xene, creando condicións para moitos miles de opcións de risco, aumentando ou diminuíndo a susceptibilidade aos factores ambientais. Non obstante, aínda que moitas enfermidades, como a depresión e a diabetes, son polixénicas, incluso simplemente cortar xenes individuais a miúdo axuda. Por exemplo, Verve está a desenvolver unha terapia xénica que reduce a prevalencia de enfermidades cardiovasculares, unha das principais causas de morte a nivel mundial. edicións relativamente pequenas do xenoma.

Para tarefas complexas, e unha delas base polixénica da enfermidade, o uso da intelixencia artificial converteuse recentemente nunha receita. Baséase en empresas como a que comezou a ofrecer aos pais unha avaliación de riscos polixénicos. Ademais, os conxuntos de datos xenómicos secuenciados son cada vez máis grandes (algúns con máis dun millón de xenomas secuenciados), o que aumentará a precisión dos modelos de aprendizaxe automática ao longo do tempo.

rede cerebral

No seu libro, Miguel Nicolelis, un dos pioneiros do que hoxe se coñece como “brain hacking”, chamou á comunicación o futuro da humanidade, a seguinte etapa na evolución da nosa especie. Realizou unha investigación na que conectou os cerebros de varias ratas utilizando sofisticados electrodos implantados coñecidos como interfaces cerebro-cerebro.

Nicolelis e os seus colegas describiron o logro como a primeira "computadora orgánica" con cerebros vivos conectados entre si como se fosen múltiples microprocesadores. Os animais desta rede aprenderon a sincronizar a actividade eléctrica das súas células nerviosas do mesmo xeito que o fan en calquera cerebro individual. O cerebro conectado en rede probouse cousas como a súa capacidade para distinguir entre dous patróns diferentes de estímulos eléctricos, e normalmente superan aos animais individuais. Se os cerebros interconectados das ratas son "máis intelixentes" que os de calquera animal, imaxina as capacidades dun superordenador biolóxico interconectado por un cerebro humano. Tal rede podería permitir que as persoas traballen a través das barreiras lingüísticas. Ademais, se os resultados do estudo sobre ratas son correctos, a conexión en rede do cerebro humano podería mellorar o rendemento, ou iso parece.

Houbo experimentos recentes, tamén mencionados nas páxinas de MT, que implicaban a posta en común da actividade cerebral dunha pequena rede de persoas. Tres persoas sentadas en cuartos diferentes traballaron xuntas para orientar o bloque correctamente para que puidese salvar a brecha entre outros bloques nun videoxogo tipo Tetris. Dúas persoas que actuaban como "remitentes", con electroencefalógrafos (EEG) na cabeza que rexistraban a actividade eléctrica dos seus cerebros, viron a brecha e sabían se o bloque debía ser rotado para encaixar. A terceira persoa, actuando como "receptor", non coñecía a solución correcta e tivo que apoiarse nas instrucións enviadas directamente desde o cerebro dos emisores. Con esta rede, chamada "BrainNet" (7), probáronse un total de cinco grupos de persoas e acadaron de media máis do 80 % de precisión na tarefa.

7. Foto do experimento BrainNet

Para facer as cousas máis difíciles, os investigadores ás veces engadiron ruído ao sinal enviado por un dos remitentes. Ante indicacións conflitivas ou ambiguas, os destinatarios aprenderon rapidamente a identificar e seguir as instrucións máis precisas do remitente. Os investigadores sinalan que este é o primeiro informe de que os cerebros de moitas persoas foron conectados dun xeito completamente non invasivo. Argumentan que o número de persoas cuxos cerebros poden conectarse en rede é practicamente ilimitado. Tamén suxiren que a transmisión de información mediante métodos non invasivos pode mellorarse mediante a imaxe da actividade cerebral simultánea (fMRI), xa que isto aumenta potencialmente a cantidade de información que pode transmitir unha emisora. Non obstante, a fMRI non é un procedemento sinxelo, e complicará unha tarefa xa extremadamente difícil. Os investigadores tamén especulan que o sinal podería dirixirse a áreas específicas do cerebro para activar a conciencia do contido semántico específico no cerebro do receptor.

Ao mesmo tempo, as ferramentas para unha conectividade cerebral máis invasiva e quizais máis eficiente están a evolucionar rapidamente. Elon Musk anunciou recentemente o desenvolvemento dun implante BCI que contén XNUMX electrodos para permitir unha ampla comunicación entre as computadoras e as células nerviosas do cerebro. (DARPA) desenvolveu unha interface neuronal implantable capaz de disparar simultaneamente un millón de células nerviosas. Aínda que estes módulos BCI non foron deseñados especificamente para interoperar cerebro-cerebronon é difícil imaxinar que se poidan utilizar para tales fins.

Ademais do anterior, hai outra comprensión de "biohacking", que está de moda especialmente en Silicon Valley e consiste en varios tipos de procedementos de benestar con fundamentos científicos ás veces dubidosos. Entre elas hai varias dietas e técnicas de exercicio, así como incl. transfusión de sangue novo, así como implantación de chips subcutáneos. Neste caso, os ricos pensan en algo como "hackear a morte" ou a vellez. Ata agora, non hai probas convincentes de que os métodos que usan poidan prolongar significativamente a vida, sen esquecer a inmortalidade coa que algúns soñan.