قرصنة الطبيعة

يمكن أن تعلمنا الطبيعة نفسها كيفية اختراق الطبيعة ، مثل النحل ، وهو ما لاحظه مارك ميشير وكونسويلو دي مورايس من ETH في زيورخ أنهما يقضمان بمهارة الأوراق لتشجيع النباتات على الازدهار.

ومن المثير للاهتمام ، أن محاولات تكرار علاجات الحشرات هذه بأساليبنا لم تنجح ، ويتساءل العلماء الآن عما إذا كان سر الضرر الفعال للحشرات للأوراق يكمن في النمط الفريد الذي يستخدمونه ، أو ربما في إدخال بعض المواد من قبل النحل. على الآخرين مجالات الاختراق البيولوجي ومع ذلك ، فإننا نقوم بعمل أفضل.

على سبيل المثال ، اكتشف المهندسون مؤخرًا كيف تحويل السبانخ إلى أنظمة حسية بيئيةوالتي يمكن أن تنبهك إلى وجود متفجرات. في عام 2016 ، زرع المهندس الكيميائي مينغ هاو وونغ وفريقه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الأنابيب النانوية الكربونية في أوراق السبانخ. اثار متفجراتالتي يمتصها النبات عن طريق الهواء أو المياه الجوفية ، وتصنع الأنابيب النانوية تنبعث منها إشارة الفلورسنت. لالتقاط مثل هذه الإشارة من المصنع ، تم توجيه كاميرا صغيرة تعمل بالأشعة تحت الحمراء إلى الورقة وربطها بشريحة Raspberry Pi. عندما اكتشفت الكاميرا إشارة ، أطلقت تنبيهًا عبر البريد الإلكتروني. بعد تطوير مستشعرات النانو في السبانخ ، بدأ وونغ في تطوير تطبيقات أخرى لهذه التكنولوجيا ، خاصة في الزراعة للتحذير من الجفاف أو الآفات.

ظاهرة التلألؤ البيولوجي ، على سبيل المثال. في الحبار وقنديل البحر والمخلوقات البحرية الأخرى. تقدم المصممة الفرنسية ساندرا راي الإضاءة الحيوية كطريقة طبيعية للإضاءة ، أي إنشاء فوانيس "حية" تنبعث منها ضوء بدون كهرباء (2). راي هو المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Glowee ، وهي شركة إضاءة بيولوجية. ويتوقع أنه في يوم من الأيام سيتمكنون من استبدال إضاءة الشوارع الكهربائية التقليدية.

2. تخيل إضاءة الوهج

لإنتاج الضوء ، يشارك فنيو Glowee جين تلألؤ بيولوجي تم الحصول عليها من حبار هاواي إلى بكتيريا الإشريكية القولونية ، ثم تنمو هذه البكتيريا. من خلال برمجة الحمض النووي ، يمكن للمهندسين التحكم في لون الضوء عند إيقاف تشغيله وتشغيله ، بالإضافة إلى العديد من التعديلات الأخرى. من الواضح أن هذه البكتيريا بحاجة إلى العناية بها وإطعامها للبقاء على قيد الحياة وإشعاعها ، لذلك تعمل الشركة على إبقاء الضوء مضاءً لفترة أطول. في الوقت الحالي ، كما يقول Rei من Wired ، لديهم نظام واحد يعمل منذ ستة أيام. العمر الافتراضي المحدود الحالي للمصابيح يعني أنها في الوقت الحالي مناسبة في الغالب للأحداث أو المهرجانات.

الحيوانات الأليفة مع حقائب الظهر الإلكترونية

يمكنك مشاهدة الحشرات ومحاولة تقليدها. يمكنك أيضًا محاولة "اختراقها" واستخدامها كـ ... طائرات بدون طيار مصغرة. تم تجهيز النحل الطنان بـ "حقائب ظهر" مزودة بأجهزة استشعار ، مثل تلك التي يستخدمها المزارعون لمراقبة حقولهم (3). المشكلة مع Microdrones هي الطاقة. لا توجد مثل هذه المشكلة مع الحشرات. إنهم يطيرون بلا كلل. قام المهندسون بتحميل "أمتعتهم" بأجهزة استشعار وذاكرة لتخزين البيانات وأجهزة استقبال لتتبع الموقع وبطاريات لتشغيل الإلكترونيات (أي سعة أصغر بكثير) - تزن جميعها 102 ملليغرام. أثناء قيام الحشرات بأنشطتها اليومية ، تقيس المستشعرات درجة الحرارة والرطوبة ، ويتم تتبع موقعها باستخدام إشارة راديو. بعد العودة إلى الخلية ، يتم تنزيل البيانات وشحن البطارية لاسلكيًا. يطلق فريق العلماء على تقنيتهم ​​اسم إنترنت الأشياء Living IoT.

3. تقنية إنترنت الأشياء الحية ، وهي عبارة عن نحلة طنانة لها نظام إلكتروني على ظهرها

معهد ماكس بلانك لعلم الطيور. مارتن فيكيلسكي قررت اختبار الاعتقاد السائد بأن الحيوانات لديها قدرة فطرية على الشعور بالكوارث الوشيكة. يقود Wikelski المشروع الدولي لاستشعار الحيوانات ، ICARUS. اكتسب مؤلف التصميم والبحث سمعة سيئة عندما أرفقه منارات GPS الحيوانات (4) ، كبيرها وصغيرها ، بهدف دراسة تأثير الظواهر على سلوكها. أظهر العلماء ، من بين أمور أخرى ، أن زيادة وجود اللقلق الأبيض قد يكون مؤشرا على غزو الجراد ، وقد يكون موقع ودرجة حرارة الجسم لبط البطة مؤشرا على انتشار أنفلونزا الطيور بين البشر.

4. مارتن Wikelski والارسال اللقلق

يستخدم Wikelski الآن الماعز لمعرفة ما إذا كان هناك شيء ما في النظريات القديمة "تعرفه" الحيوانات عن الزلازل الوشيكة والانفجارات البركانية. مباشرة بعد زلزال نورشيا الضخم عام 2016 في إيطاليا ، قام ويكيلسكي بضرب الماشية بالقرب من مركز الزلزال لمعرفة ما إذا كانت تتصرف بشكل مختلف قبل الصدمات. كل طوق يحتوي على كليهما جهاز تتبع GPSمثل مقياس التسارع.

وأوضح لاحقًا أنه من خلال هذه المراقبة على مدار الساعة ، من الممكن تحديد السلوك "الطبيعي" ثم البحث عن التشوهات. لاحظ ويكيلسكي وفريقه أن الحيوانات زادت من تسارعها في الساعات التي سبقت وقوع الزلزال. ولاحظ "فترات التحذير" من 2 إلى 18 ساعة ، حسب المسافة من مركز الزلزال. يتقدم Wikelski بطلب للحصول على براءة اختراع لنظام تحذير من الكوارث يعتمد على السلوك الجماعي للحيوانات بالنسبة لخط الأساس.

تحسين كفاءة التمثيل الضوئي

تعيش الأرض لأنها تزرع في جميع أنحاء العالم إطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئيوبعضها يصبح أغذية مغذية إضافية. ومع ذلك ، فإن التمثيل الضوئي غير كامل ، على الرغم من ملايين السنين من التطور. بدأ الباحثون في جامعة إلينوي العمل على تصحيح العيوب في التمثيل الضوئي ، والتي يعتقدون أنها يمكن أن تزيد غلة المحاصيل بنسبة تصل إلى 40 في المائة.

ركزوا على عملية تسمى التنفس الضوئيالتي لا تمثل جزءًا من عملية التمثيل الضوئي بقدر ما هي نتائجه. مثل العديد من العمليات البيولوجية ، لا يعمل التمثيل الضوئي دائمًا بشكل مثالي. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تمتص النباتات الماء وثاني أكسيد الكربون وتحولهما إلى سكريات (طعام) وأكسجين. لا تحتاج النباتات إلى الأكسجين ، لذلك يتم إزالته.

قام الباحثون بعزل إنزيم يسمى ribulose-1,5،1,5-bisphosphate carboxylase / Oxygenase (RuBisCO). يربط مجمع البروتين هذا جزيء ثاني أكسيد الكربون بالريبولوز -XNUMX،XNUMX-ثنائي الفوسفات (RuBisCO). على مر القرون ، أصبح الغلاف الجوي للأرض أكثر تأكسدًا ، مما يعني أنه يتعين على RuBisCO التعامل مع المزيد من جزيئات الأكسجين الممزوجة بثاني أكسيد الكربون. في واحدة من كل أربع حالات ، يلتقط RuBisCO عن طريق الخطأ جزيء الأكسجين ، وهذا يؤثر على الأداء.

بسبب النقص في هذه العملية ، تُترك النباتات بمنتجات ثانوية سامة مثل الجليكولات والأمونيا. تتطلب معالجة هذه المركبات (من خلال التنفس الضوئي) طاقة تضاف إلى الخسائر الناتجة عن عدم كفاءة التمثيل الضوئي. لاحظ مؤلفو الدراسة أن الأرز والقمح وفول الصويا يعانون من نقص بسبب ذلك ، ويصبح RuBisCO أقل دقة مع ارتفاع درجة الحرارة. هذا يعني أنه مع اشتداد الاحتباس الحراري ، قد يكون هناك انخفاض في الإمدادات الغذائية.

هذا الحل هو جزء من برنامج يسمى (RIPE) ويتضمن إدخال جينات جديدة تجعل التنفس الضوئي أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. طور الفريق ثلاثة مسارات بديلة باستخدام التسلسل الجيني الجديد. تم تحسين هذه المسارات ل 1700 نوع نباتي مختلف. لمدة عامين ، اختبر العلماء هذه التسلسلات باستخدام التبغ المعدل. إنه نبات شائع في العلوم لأن جينومه مفهوم جيدًا بشكل استثنائي. أكثر مسارات فعالة للتنفس الضوئي السماح للنباتات بتوفير كمية كبيرة من الطاقة التي يمكن استخدامها لنموها. الخطوة التالية هي إدخال الجينات في المحاصيل الغذائية مثل فول الصويا والفاصوليا والأرز والطماطم.

خلايا الدم الاصطناعية والقصاصات الجينية

قرصنة الطبيعة هذا يقود في النهاية إلى الرجل نفسه. في العام الماضي ، أفاد علماء يابانيون أنهم طوروا دمًا اصطناعيًا يمكن استخدامه على أي مريض ، بغض النظر عن فصيلة الدم ، وله العديد من التطبيقات الواقعية في طب الإصابات. في الآونة الأخيرة ، حقق العلماء تقدمًا أكبر من خلال إنتاج خلايا الدم الحمراء الاصطناعية (5). هؤلاء خلايا الدم الاصطناعية فهي لا تُظهر فقط خصائص نظيراتها الطبيعية ، ولكن لديها أيضًا قدرات متقدمة. قام فريق من جامعة نيو مكسيكو ، ومختبر سانديا الوطني ، وجامعة جنوب الصين للفنون التطبيقية ، بتكوين خلايا الدم الحمراء التي لا يمكنها فقط نقل الأكسجين إلى أجزاء مختلفة من الجسم ، بل يمكنها أيضًا توصيل الأدوية ، واستشعار السموم ، وأداء مهام أخرى. .

5. خلايا الدم الاصطناعية

عملية تكوين خلايا الدم الاصطناعية تم إطلاقه من خلال الخلايا الطبيعية التي تم تغليفها أولاً بطبقة رقيقة من السيليكا ثم بطبقات من البوليمرات الموجبة والسالبة. ثم يتم حفر السيليكا وأخيراً يتم تغطية السطح بأغشية كريات الدم الحمراء الطبيعية. وقد أدى ذلك إلى تكوين كريات الدم الحمراء الاصطناعية التي لها حجم وشكل وشحنة وسطح بروتينات مماثلة للبروتينات الحقيقية.

بالإضافة إلى ذلك ، أظهر الباحثون مرونة خلايا الدم المشكلة حديثًا عن طريق دفعها عبر فجوات صغيرة في الشعيرات الدموية النموذجية. أخيرًا ، عند اختباره على الفئران ، لم يتم العثور على آثار جانبية سامة حتى بعد 48 ساعة من الدورة الدموية. حملت الاختبارات هذه الخلايا بالهيموغلوبين أو الأدوية المضادة للسرطان أو أجهزة استشعار السمية أو الجسيمات النانوية المغناطيسية لإثبات قدرتها على حمل أنواع مختلفة من الشحنات. يمكن أن تعمل الخلايا الاصطناعية أيضًا كطعم لمسببات الأمراض.

قرصنة الطبيعة يؤدي هذا في النهاية إلى فكرة التصحيح الجيني ، والإصلاح والهندسة البشرية ، وفتح واجهات الدماغ للتفاعل المباشر بين العقول.

في الوقت الحالي ، هناك الكثير من القلق والقلق بشأن احتمالية التعديل الجيني البشري. الحجج المؤيدة قوية أيضًا ، مثل أن تقنيات التلاعب الجيني يمكن أن تساعد في القضاء على المرض. يمكنهم القضاء على العديد من أشكال الألم والقلق. يمكنهم زيادة ذكاء الناس وطول العمر. يذهب بعض الناس إلى حد القول إن بإمكانهم تغيير مقياس السعادة البشرية والإنتاجية بعدة أوامر من حيث الحجم.

الهندسة الوراثيةإذا تم أخذ عواقبه المتوقعة على محمل الجد ، فيمكن اعتباره حدثًا تاريخيًا ، مساوٍ للانفجار الكمبري ، الذي غير وتيرة التطور. عندما يفكر معظم الناس في التطور ، فإنهم يفكرون في التطور البيولوجي من خلال الانتقاء الطبيعي ، ولكن كما اتضح ، يمكن تخيل أشكال أخرى منه.

بدءًا من XNUMXs ، بدأ الناس في تعديل الحمض النووي للنباتات والحيوانات (أنظر أيضا: )، خلق الأغذية المعدلة وراثياحاليا ، يولد نصف مليون طفل كل عام بمساعدة أطفال الأنابيب. على نحو متزايد ، تشمل هذه العمليات أيضًا تسلسل الأجنة للكشف عن الأمراض وتحديد الأجنة الأكثر قابلية للحياة (شكل من أشكال الهندسة الوراثية ، وإن كان ذلك بدون تغييرات نشطة فعلية في الجينوم).

مع ظهور تقنية كريسبر والتقنيات المماثلة (6) ، شهدنا طفرة في البحث في إجراء تغييرات حقيقية على الحمض النووي. في عام 2018 ، ابتكر He Jiankui أول طفل معدل وراثيًا في الصين ، وتم إرساله إلى السجن بسببه. هذه القضية هي حاليا موضوع نقاش أخلاقي حاد. في عام 2017 ، وافقت الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم والأكاديمية الوطنية للطب على مفهوم تحرير الجينوم البشري ، ولكن فقط "بعد العثور على إجابات لأسئلة السلامة والأداء" و "فقط في حالة الأمراض الخطيرة وتحت إشراف دقيق. "

إن وجهة نظر "الأطفال المصممون" ، أي تصميم الأشخاص عن طريق اختيار السمات التي يجب أن يولدها الطفل ، تثير الجدل. هذا أمر غير مرغوب فيه حيث يعتقد أن الأثرياء والمتميزين فقط هم من يمكنهم الوصول إلى مثل هذه الأساليب. حتى لو كان هذا التصميم مستحيلًا تقنيًا لفترة طويلة ، فسيكون كذلك التلاعب الجيني فيما يتعلق بحذف الجينات للعيوب والأمراض لم يتم تقييمها بشكل واضح. مرة أخرى ، كما يخشى الكثيرون ، لن يكون هذا متاحًا إلا لعدد قليل من الأشخاص المختارين.

ومع ذلك ، فإن هذا ليس مجرد قطع وإدراج أزرار كما يتخيل أولئك الذين يعرفون تقنية كريسبر بشكل أساسي من الرسوم التوضيحية في الصحافة. العديد من الخصائص البشرية وقابلية الإصابة بالمرض لا يتحكم فيها جين أو جينان. تتراوح الأمراض من وجود جين واحد، مما يخلق ظروفًا لآلاف من خيارات المخاطر ، مما يؤدي إلى زيادة أو تقليل القابلية للتأثر بالعوامل البيئية. ومع ذلك ، في حين أن العديد من الأمراض ، مثل الاكتئاب والسكري ، متعددة الجينات ، فإن مجرد استبعاد الجينات الفردية غالبًا ما يساعد. على سبيل المثال ، تقوم Verve بتطوير علاج جيني يقلل من انتشار أمراض القلب والأوعية الدموية ، وهو أحد الأسباب الرئيسية للوفاة في جميع أنحاء العالم. طبعات صغيرة نسبيًا من الجينوم.

للمهام المعقدة ، وأحدها أساس المرض متعدد الجينات، أصبح استخدام الذكاء الاصطناعي وصفة مؤخرًا. يعتمد على شركات مثل تلك التي بدأت في تقديم تقييم مخاطر متعدد الجينات للآباء. بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت مجموعات البيانات الجينومية المتسلسلة أكبر وأكبر (بعضها يحتوي على أكثر من مليون جينوم متسلسل) ، مما سيزيد من دقة نماذج التعلم الآلي بمرور الوقت.

شبكة الدماغ

في كتابه ، دعا ميغيل نيكوليليس ، أحد رواد ما يعرف الآن باسم "قرصنة الدماغ" ، التواصل بمستقبل البشرية ، المرحلة التالية في تطور جنسنا البشري. أجرى بحثًا قام فيه بتوصيل أدمغة العديد من الفئران باستخدام أقطاب كهربائية مزروعة متطورة تُعرف باسم واجهات الدماغ والدماغ.

وصف نيكوليليس وزملاؤه الإنجاز بأنه أول "كمبيوتر عضوي" بأدمغة حية مرتبطة ببعضها البعض كما لو كانت معالجات متعددة. لقد تعلمت الحيوانات في هذه الشبكة مزامنة النشاط الكهربائي لخلاياها العصبية بنفس الطريقة كما في أي دماغ فردي. تم اختبار الدماغ الشبكي لأشياء مثل قدرته على التمييز بين نمطين مختلفين من المحفزات الكهربائية ، وعادة ما يتفوق أداءها على الحيوانات الفردية. إذا كانت أدمغة الفئران المترابطة "أذكى" من أدمغة أي حيوان بمفردها ، تخيل قدرات حاسوب عملاق بيولوجي مترابط بواسطة دماغ بشري. يمكن لمثل هذه الشبكة أن تسمح للناس بالعمل عبر حواجز اللغة. أيضًا ، إذا كانت نتائج دراسة الفئران صحيحة ، فإن الربط الشبكي للدماغ البشري يمكن أن يحسن الأداء ، أو هكذا يبدو.

كانت هناك تجارب حديثة ، مذكورة أيضًا في صفحات الترجمة الآلية ، والتي تضمنت تجميع نشاط الدماغ لشبكة صغيرة من الناس. عمل ثلاثة أشخاص جالسين في غرف مختلفة معًا لتوجيه الكتلة بشكل صحيح حتى تتمكن من سد الفجوة بين الكتل الأخرى في لعبة فيديو تشبه Tetris. رأى شخصان قاما بدور "المرسلين" باستخدام أجهزة تخطيط كهربية الدماغ (EEGs) على رؤوسهم والتي سجلت النشاط الكهربائي لأدمغتهم ، ورأوا الفجوة وعرفا ما إذا كانت الكتلة بحاجة إلى الدوران لتناسبها. الشخص الثالث ، بصفته "المتلقي" ، لا يعرف الحل الصحيح واضطر إلى الاعتماد على التعليمات المرسلة مباشرة من أدمغة المرسلين. تم اختبار ما مجموعه خمس مجموعات من الأشخاص باستخدام هذه الشبكة ، المسماة "BrainNet" (7) ، وفي المتوسط ​​حققوا دقة تزيد عن 80٪ في المهمة.

7. صورة من تجربة BrainNet

لجعل الأمور أكثر صعوبة ، أضاف الباحثون أحيانًا ضوضاء إلى الإشارة التي يرسلها أحد المرسلين. في مواجهة التوجيهات المتضاربة أو الغامضة ، تعلم المستلمون بسرعة تحديد واتباع إرشادات المرسل الأكثر دقة. لاحظ الباحثون أن هذا هو أول تقرير يفيد بأن أدمغة العديد من الأشخاص قد تم توصيلها بطريقة غير جراحية تمامًا. يجادلون بأن عدد الأشخاص الذين يمكن ربط أدمغتهم بالشبكة غير محدود عمليًا. يقترحون أيضًا أن نقل المعلومات باستخدام طرق غير جراحية يمكن تحسينه عن طريق التصوير المتزامن لنشاط الدماغ (fMRI) ، لأن هذا يحتمل أن يزيد من كمية المعلومات التي يمكن أن تنقلها هيئة البث. ومع ذلك ، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ليس إجراءً سهلاً ، وسوف يعقد مهمة صعبة للغاية بالفعل. يتكهن الباحثون أيضًا بأن الإشارة يمكن أن تستهدف مناطق معينة من الدماغ لتحفيز الوعي بمحتوى دلالي معين في دماغ المستلم.

في الوقت نفسه ، تتطور بسرعة أدوات اتصال دماغ أكثر توغلًا وربما أكثر كفاءة. إيلون ماسك أعلن مؤخرًا عن تطوير غرسة BCI التي تحتوي على أقطاب XNUMX لتمكين الاتصال الواسع بين أجهزة الكمبيوتر والخلايا العصبية في الدماغ. طورت (DARPA) واجهة عصبية قابلة للزرع قادرة على إطلاق مليون خلية عصبية في وقت واحد. على الرغم من أن وحدات BCI هذه لم يتم تصميمها خصيصًا للتعامل مع بعضها البعض الدماغ الدماغليس من الصعب تخيل أنه يمكن استخدامها لمثل هذه الأغراض.

بالإضافة إلى ما سبق ، هناك مفهوم آخر "للقرصنة البيولوجية" ، وهو أمر شائع خاصة في وادي السيليكون ويتكون من أنواع مختلفة من الإجراءات الصحية مع أسس علمية مشكوك فيها في بعض الأحيان. من بينها العديد من الأنظمة الغذائية وتقنيات التمرين ، بالإضافة إلى. نقل الدم الصغير ، وكذلك زرع رقائق تحت الجلد. في هذه الحالة ، يفكر الأغنياء في شيء مثل "اختراق الموت" أو الشيخوخة. حتى الآن ، لا يوجد دليل مقنع على أن الأساليب التي يستخدمونها يمكن أن تطيل الحياة بشكل كبير ، ناهيك عن الخلود الذي يحلم به البعض.