Die Natur hacken

Die Natur selbst kann uns beibringen, wie man die Natur hackt, wie zum Beispiel Bienen, von denen Mark Mescher und Consuelo De Moraes von der ETH Zürich bemerkten, dass sie geschickt an Blättern knabbern, um Pflanzen zum Blühen zu „anregen“.

Interessanterweise waren Versuche, diese Insektenbehandlungen mit unseren Methoden zu reproduzieren, nicht erfolgreich, und Wissenschaftler fragen sich nun, ob das Geheimnis der wirksamen Blattschädigung der Insekten in dem einzigartigen Muster liegt, das sie verwenden, oder vielleicht in der Einführung einiger Substanzen durch die Bienen . Auf andere Biohacking-Bereiche Uns geht es jedoch besser.

Ingenieure haben zum Beispiel kürzlich herausgefunden, wie das geht Spinat in Umweltsensorsysteme umwandelnDies kann Sie auf das Vorhandensein von Sprengstoff aufmerksam machen. Im Jahr 2016 transplantierten der Chemieingenieur Ming Hao Wong und sein Team am MIT Kohlenstoffnanoröhren in Spinatblätter. Spuren von Sprengstoffdie die Pflanze über die Luft oder das Grundwasser aufnahm, bildeten Nanoröhren ein Fluoreszenzsignal aussenden. Um ein solches Signal der Pflanze zu erfassen, wurde eine kleine Infrarotkamera auf das Blatt gerichtet und an einem Raspberry-Pi-Chip befestigt. Wenn die Kamera ein Signal erkannte, löste sie eine E-Mail-Benachrichtigung aus. Nach der Entwicklung von Nanosensoren in Spinat begann Wong mit der Entwicklung anderer Anwendungen für die Technologie, insbesondere in der Landwirtschaft zur Dürre- oder Schädlingswarnung.

das Phänomen der Biolumineszenz zum Beispiel. in Tintenfischen, Quallen und anderen Meeresbewohnern. Die französische Designerin Sandra Rey stellt Biolumineszenz als natürliche Art der Beleuchtung vor, also die Schaffung „lebender“ Laternen, die Licht ohne Strom ausstrahlen (2). Ray ist der Gründer und CEO von Glowee, einem Unternehmen für biolumineszierende Beleuchtung. Er prognostiziert, dass sie eines Tages die herkömmliche elektrische Straßenbeleuchtung ersetzen könnten.

2. Visualisierung der Glowee-Beleuchtung

Um das Licht zu erzeugen, beschäftigen Glowee-Techniker Biolumineszenz-Gen aus hawaiianischen Tintenfischen in E. coli-Bakterien umgewandelt und dann gezüchtet. Durch die Programmierung der DNA können Ingenieure die Farbe des Lichts, das Ein- und Ausschalten sowie viele andere Modifikationen steuern. Diese Bakterien brauchen offensichtlich Pflege und Nahrung, um am Leben zu bleiben und zu strahlen. Deshalb arbeitet das Unternehmen daran, die Lichter länger brennen zu lassen. Im Moment, sagt Ray in Wired, haben sie ein System, das sechs Tage hält. Aufgrund der derzeit begrenzten Lebensdauer der Leuchten eignen sie sich derzeit hauptsächlich für Veranstaltungen oder Festivals.

Haustiere mit elektronischen Rucksäcken

Sie können Insekten beobachten und versuchen, sie nachzuahmen. Sie können auch versuchen, sie zu „hacken“ und sie als … Miniaturdrohnen. Hummeln sind mit „Rucksäcken“ voller Sensoren ausgestattet, wie sie Landwirte zur Überwachung ihrer Felder verwenden (3). Das Problem bei Mikrodrohnen ist die Leistung. Bei Insekten gibt es dieses Problem nicht. Sie fliegen unermüdlich. Die Ingenieure beluden ihr „Gepäck“ mit Sensoren, Speicher zur Datenspeicherung, Empfängern zur Standortverfolgung und Batterien zur Leistungselektronik (also mit viel geringerer Kapazität) – alle wogen 102 Milligramm. Während die Insekten ihrer täglichen Arbeit nachgehen, messen Sensoren Temperatur und Luftfeuchtigkeit und ihre Position wird über ein Funksignal verfolgt. Nach der Rückkehr zum Bienenstock werden die Daten heruntergeladen und der Akku drahtlos aufgeladen. Das Wissenschaftlerteam nennt seine Technologie Living IoT.

3. Living IoT, eine Hummel mit einem elektronischen System auf dem Rücken

Zoologe am Max-Planck-Institut für Ornithologie. Martin Wikelski beschlossen, den weit verbreiteten Glauben zu testen, dass Tiere eine angeborene Fähigkeit haben, drohende Katastrophen zu spüren. Wikelski leitet das internationale Tiersensorprojekt ICARUS. Der Autor des Entwurfs und der Forschung erlangte Berühmtheit, als er beifügte GPS-Beacons Tiere (4), sowohl große als auch kleine, um den Einfluss von Phänomenen auf ihr Verhalten zu untersuchen. Wissenschaftler haben unter anderem gezeigt, dass die erhöhte Präsenz von Weißstörchen auf einen Heuschreckenbefall hinweisen kann und dass der Standort und die Körpertemperatur von Stockenten auf die Ausbreitung der Vogelgrippe unter Menschen hinweisen können.

4. Martin Wikelski und der Senderstorch

Jetzt nutzt Wikelski Ziegen, um herauszufinden, ob an den alten Theorien, dass Tiere über drohende Erdbeben und Vulkanausbrüche „wissen“, etwas dran ist. Unmittelbar nach dem schweren Erdbeben in Norcia in Italien im Jahr 2016 fing Wikelski Vieh in der Nähe des Epizentrums an, um zu sehen, ob es sich vor den Erschütterungen anders verhielt. Jedes Halsband enthielt beides GPS-Ortungsgerät, wie ein Beschleunigungsmesser.

Später erklärte er, dass man mit dieser 2/18-Überwachung „normales“ Verhalten erkennen und dann nach Auffälligkeiten suchen könne. Wikelski und sein Team stellten fest, dass die Tiere in den Stunden vor dem Erdbeben ihre Beschleunigung erhöhten. Er beobachtete „Warnperioden“ von XNUMX bis XNUMX Stunden, abhängig von der Entfernung vom Epizentrum. Wikelski meldet ein Patent für ein Katastrophenwarnsystem an, das auf dem kollektiven Verhalten von Tieren im Verhältnis zu einer Grundlinie basiert.

Verbessern Sie die Effizienz der Photosynthese

Die Erde lebt, weil sie überall auf der Welt pflanzt Sie setzen Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese freiund einige von ihnen werden zu zusätzlichen nahrhaften Lebensmitteln. Allerdings ist die Photosynthese trotz vieler Millionen Jahre Evolution unvollkommen. Forscher der University of Illinois haben damit begonnen, Defekte in der Photosynthese zu beseitigen, was ihrer Meinung nach die Ernteerträge um bis zu 40 Prozent steigern könnte.

Sie konzentrierten sich darauf ein Prozess namens PhotorespirationDas ist weniger ein Teil der Photosynthese als vielmehr deren Folge. Wie viele biologische Prozesse funktioniert auch die Photosynthese nicht immer perfekt. Bei der Photosynthese nehmen Pflanzen Wasser und Kohlendioxid auf und wandeln diese in Zucker (Nahrung) und Sauerstoff um. Pflanzen benötigen keinen Sauerstoff, daher wird ihm dieser entzogen.

Die Forscher isolierten ein Enzym namens Ribulose-1,5-Bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase (RuBisCO). Dieser Proteinkomplex bindet ein Kohlendioxidmolekül an Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBisCO). Im Laufe der Jahrhunderte ist die Erdatmosphäre sauerstoffreicher geworden, was bedeutet, dass RuBisCO mit mehr Sauerstoffmolekülen, gemischt mit Kohlendioxid, zu kämpfen hat. In einem von vier Fällen fängt RuBisCO versehentlich ein Sauerstoffmolekül ein, was die Leistung beeinträchtigt.

Aufgrund von Unvollkommenheiten in diesem Prozess bleiben in den Pflanzen giftige Nebenprodukte wie Glykolat und Ammoniak zurück. Die Verarbeitung dieser Verbindungen (über Photorespiration) erfordert Energie, was zu den Verlusten aufgrund der Ineffizienz der Photosynthese beiträgt. Dies führt zu einem Mangel an Reis, Weizen und Soja, und RuBisCO wird mit steigenden Temperaturen noch ungenauer, stellen die Autoren der Studie fest. Das bedeutet, dass mit zunehmender globaler Erwärmung die Nahrungsmittelversorgung zurückgehen könnte.

Diese Lösung ist Teil eines Programms namens (RIPE) und beinhaltet die Einführung neuer Gene, die die Photorespiration schneller und energieeffizienter machen. Das Team entwickelte drei alternative Wege unter Verwendung neuer genetischer Sequenzen. Diese Wege wurden für 1700 verschiedene Pflanzenarten optimiert. Zwei Jahre lang testeten Wissenschaftler diese Sequenzen mit modifiziertem Tabak. In der Wissenschaft ist sie eine weit verbreitete Pflanze, da ihr Genom außergewöhnlich gut untersucht ist. Mehr effiziente Methoden der Photoatmung ermöglichen es Pflanzen, erhebliche Energiemengen einzusparen, die für ihr Wachstum genutzt werden können. Der nächste Schritt besteht darin, die Gene in Nahrungspflanzen wie Sojabohnen, Bohnen, Reis und Tomaten einzuführen.

Künstliche Blutzellen und Genausschnitte

Die Natur hacken Dies führt letztlich zum Menschen selbst. Letztes Jahr berichteten japanische Wissenschaftler, dass sie künstliches Blut entwickelt hätten, das bei jedem Patienten verwendet werden kann, unabhängig von der Blutgruppe, was in der Traumamedizin mehrere praktische Anwendungen bietet. Kürzlich gelang Wissenschaftlern ein noch größerer Durchbruch, indem sie synthetische rote Blutkörperchen herstellten (5). Diese künstliche Blutzellen Sie weisen nicht nur die Eigenschaften ihrer natürlichen Gegenstücke auf, sondern verfügen auch über erweiterte Fähigkeiten. Ein Team der University of New Mexico, der Sandia National Laboratories und der South China Polytechnic University hat rote Blutkörperchen geschaffen, die nicht nur als Sauerstoffträger für verschiedene Körperteile dienen, sondern auch Medikamente abgeben, Giftstoffe erkennen und andere Aufgaben erfüllen können. .

5. Synthetische Blutkörperchen

Der Prozess der Herstellung künstlicher Blutzellen Es wurde durch natürliche Zellen initiiert, die zunächst mit einer dünnen Schicht Siliziumdioxid und dann mit Schichten aus positiven und negativen Polymeren überzogen wurden. Anschließend wird die Kieselsäure geätzt und schließlich wird die Oberfläche mit natürlichen Membranen roter Blutkörperchen beschichtet. Dies hat zur Schaffung künstlicher roter Blutkörperchen geführt, die die gleiche Größe, Form, Ladung und Oberflächenproteine ​​wie die echten haben.

Die Forscher demonstrierten auch die Flexibilität neu gebildeter Blutzellen, indem sie diese durch winzige Schlitze in Modellkapillaren drückten. Schließlich wurden bei Tests an Mäusen auch nach 48 Stunden Zirkulation keine toxischen Nebenwirkungen festgestellt. Tests haben diese Zellen mit Hämoglobin, Krebsmedikamenten, Toxizitätssensoren oder magnetischen Nanopartikeln beladen, um zu zeigen, dass sie verschiedene Arten von Ladungen tragen können. Künstliche Zellen können auch als Köder für Krankheitserreger dienen.

Die Natur hacken Dies führt letztendlich zu der Idee der genetischen Korrektur, der Reparatur und Konstruktion von Menschen und der Öffnung von Gehirnschnittstellen für die direkte Kommunikation von Gehirn zu Gehirn.

Derzeit herrscht große Sorge und Besorgnis über die Aussicht auf eine genetische Veränderung beim Menschen. Auch die Argumente dafür sind stark, zum Beispiel, dass Techniken der Genmanipulation zur Beseitigung von Krankheiten beitragen können. Sie können viele Formen von Schmerzen und Ängsten beseitigen. Sie können die Intelligenz und Langlebigkeit der Menschen steigern. Manche Leute gehen sogar so weit zu sagen, dass sie das Ausmaß des menschlichen Glücks und der Produktivität um viele Größenordnungen verändern können.

GentechnikWürde man die erwarteten Folgen ernst nehmen, könnte man es als ein historisches Ereignis betrachten, das der kambrischen Explosion gleichkommt, die das Tempo der Evolution veränderte. Wenn die meisten Menschen an Evolution denken, denken sie an die biologische Evolution durch natürliche Selektion, aber es stellt sich heraus, dass andere Formen davon vorstellbar sind.

Seit den XNUMXer Jahren haben Menschen begonnen, die DNA von Pflanzen und Tieren zu verändern (siehe auch: ), Schaffung gentechnisch veränderte Lebensmittelusw. Derzeit werden jedes Jahr eine halbe Million Babys durch IVF geboren. Zunehmend umfassen diese Prozesse auch die Sequenzierung von Embryonen, um sie auf Krankheiten zu untersuchen und den lebensfähigsten Embryo zu identifizieren (eine Form der Gentechnik, allerdings ohne tatsächliche aktive Veränderungen am Genom).

Mit dem Aufkommen von CRISPR und ähnlichen Technologien (6) haben wir eine Explosion der Forschung erlebt, die sich mit echten Veränderungen an der DNA befasst. Im Jahr 2018 erschuf He Jiankui die ersten gentechnisch veränderten Kinder Chinas, wofür er ins Gefängnis kam. Dieses Thema ist derzeit Gegenstand einer intensiven ethischen Debatte. Im Jahr 2017 genehmigten die US-amerikanische National Academy of Sciences und die National Academy of Medicine das Konzept der Bearbeitung des menschlichen Genoms, allerdings erst „nachdem Sicherheits- und Leistungsfragen geklärt wurden“ und „nur bei schweren Erkrankungen und unter strenger Aufsicht“.

Kontroversen entstehen aus der Sicht von „Designer-Babys“, also der Gestaltung von Menschen durch die Auswahl von Eigenschaften, die das Baby, das geboren werden soll, haben sollte. Dies ist unerwünscht, da davon ausgegangen wird, dass nur reiche und privilegierte Menschen Zugang zu solchen Methoden haben. Auch wenn eine solche Konstruktion auf lange Zeit technisch unmöglich sein sollte, wird sie es dennoch sein genetische Manipulation hinsichtlich der Genlöschung bei Defekten und Erkrankungen sind nicht eindeutig geklärt. Auch dies wird, wie viele befürchten, nur wenigen Auserwählten zur Verfügung stehen.

Es handelt sich jedoch nicht um so einfache „Cut-and-Switch“-Knöpfe, wie sich diejenigen vorstellen, die CRISPR hauptsächlich aus Presseillustrationen kennen. Viele menschliche Eigenschaften und die Anfälligkeit für Krankheiten werden nicht durch ein oder zwei Gene gesteuert. Die Krankheiten sind vielfältig und reichen von Vorhandensein eines GensDadurch werden die Voraussetzungen für viele tausend Risikovariationen geschaffen, die die Anfälligkeit gegenüber Umweltfaktoren erhöhen oder verringern. Doch obwohl viele Krankheiten wie Depressionen und Diabetes polygener Natur sind, hilft oft das einfache Ausschneiden einzelner Gene. Verve entwickelt beispielsweise Gentherapien, die die Prävalenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einer der häufigsten Todesursachen weltweit, reduzieren. relativ kleine Editionen des Genoms.

Für komplexe Aufgaben, und eine davon polygene Basis von Krankheiten, der Einsatz künstlicher Intelligenz ist neuerdings zum Rezept geworden. Es baut auf Unternehmen wie dem auf, die begonnen haben, Eltern polygene Risikobewertungen anzubieten. Darüber hinaus werden sequenzierte Genomdatensätze immer größer (einige mit über einer Million sequenzierter Genome), was die Genauigkeit von Modellen für maschinelles Lernen im Laufe der Zeit verbessern wird.

Gehirnnetzwerk

In seinem Buch nannte Miguel Nicolelis, einer der Pioniere des heutigen „Brain Hacking“, die Konnektivität die Zukunft der Menschheit, die nächste Stufe in der Evolution unserer Spezies. Er führte Studien durch, in denen er die Gehirne mehrerer Ratten mithilfe komplexer implantierter Elektroden, sogenannter Gehirn-Hirn-Schnittstellen, verband.

Nicolelis und seine Kollegen beschrieben die Errungenschaft als den ersten „organischen Computer“, bei dem lebende Gehirne so miteinander verbunden seien, als wären sie mehrere Mikroprozessoren. Tiere in diesem Netzwerk haben gelernt, die elektrische Aktivität ihrer Nervenzellen auf die gleiche Weise zu synchronisieren wie in jedem einzelnen Gehirn. Das Netzwerkgehirn wurde unter anderem auf seine Fähigkeit getestet, zwischen zwei unterschiedlichen Mustern elektrischer Reize zu unterscheiden, und es übertrifft im Allgemeinen einzelne Tiere. Wenn die miteinander verbundenen Gehirne von Ratten „intelligenter“ sind als die jedes einzelnen Tieres, stellen Sie sich die Fähigkeiten eines biologischen Supercomputers vor, der durch ein menschliches Gehirn miteinander verbunden ist. Ein solches Netzwerk könnte es Menschen ermöglichen, über Sprachbarrieren hinweg zu arbeiten. Wenn die Ergebnisse der Rattenstudie außerdem stimmen, könnte die Vernetzung des menschlichen Gehirns die Leistung verbessern, so scheint es zumindest.

Kürzlich wurden Experimente durchgeführt, die auch auf den Seiten von MT erwähnt werden und die darin bestanden, die Gehirnaktivität eines kleinen Netzwerks von Menschen zu kombinieren. Drei Personen, die in verschiedenen Räumen saßen, arbeiteten zusammen, um einen Block richtig auszurichten, damit er die Lücke zwischen anderen Blöcken in einem Tetris-ähnlichen Videospiel schließen konnte. Zwei Personen, die als „Sender“ fungierten und Elektroenzephalographen (EEGs) auf dem Kopf trugen, die die elektrische Aktivität ihres Gehirns aufzeichneten, sahen den Schlitz und wussten, ob sie den Block drehen mussten, damit er passte. Die dritte Person, die als „Empfänger“ fungierte, kannte die richtige Lösung nicht und musste sich auf Anweisungen verlassen, die direkt aus dem Gehirn des Absenders kamen. Insgesamt fünf Personengruppen wurden mit diesem Netzwerk namens „BrainNet“ (7) getestet und erreichten im Durchschnitt eine Genauigkeit von mehr als 80 % bei der Aufgabe.

7. Foto vom BrainNet-Experiment

Um die Aufgabe zu erschweren, fügten die Forscher dem von einem der Sender gesendeten Signal manchmal Rauschen hinzu. Bei widersprüchlichen oder mehrdeutigen Anweisungen lernten die Empfänger schnell, die präziseren Anweisungen des Absenders zu erkennen und zu befolgen. Die Forscher stellen fest, dass dies der erste Bericht ist, der besagt, dass die Gehirne vieler Menschen auf völlig nicht-invasive Weise verkabelt wurden. Sie argumentieren, dass die Zahl der Menschen, deren Gehirne vernetzt werden können, praktisch unbegrenzt sei. Sie schlagen außerdem vor, dass die Übertragung von Informationen mit nicht-invasiven Methoden durch die gleichzeitige Bildgebung der Gehirnaktivität mittels (fMRT) verbessert werden könnte, da dies potenziell die Menge an Informationen erhöht, die vom Sender übermittelt werden können. Die fMRT ist jedoch kein einfaches Verfahren und wird eine ohnehin schon äußerst schwierige Aufgabe erschweren. Die Forscher schlagen außerdem vor, dass das Signal gezielt auf bestimmte Bereiche des Gehirns gerichtet werden könnte, um das Bewusstsein für bestimmte semantische Inhalte im Gehirn des Empfängers auszulösen.

Gleichzeitig entwickeln sich die Werkzeuge rasant weiter, um eine invasivere und möglicherweise effizientere Verbindung zum Gehirn herzustellen. Элон Маск kündigte kürzlich die Entwicklung eines BCI-Implantats an, das XNUMX Elektroden enthält, um eine umfassende Kommunikation zwischen Computern und Nervenzellen des Gehirns zu ermöglichen. (DARPA) hat eine implantierbare neuronale Schnittstelle entwickelt, die gleichzeitig eine Million Nervenzellen ansprechen kann. Allerdings wurden diese BCI-Module nicht speziell für die Zusammenarbeit entwickelt Gehirn-GehirnEs ist nicht schwer, sich vorzustellen, dass sie für solche Zwecke verwendet werden könnten.

Darüber hinaus gibt es ein weiteres Verständnis von „Biohacking“, das vor allem im Silicon Valley in Mode ist und verschiedene Arten von Gesundheitsverfahren mit teilweise zweifelhafter wissenschaftlicher Grundlage umfasst. Dazu gehören verschiedene Diäten und Trainingstechniken sowie... Transfusion von jungem Blut sowie Implantation von subkutanen Chips. In diesem Fall denken die Reichen an so etwas wie „Death Hacking“ oder Alter. Es gibt noch keine überzeugenden Beweise dafür, dass die von ihnen verwendeten Methoden das Leben erheblich verlängern können, ganz zu schweigen von der Unsterblichkeit, von der manche träumen.