Hackear a natureza

A própria natureza pode nos ensinar como invadir a natureza, como as abelhas, que Mark Mescher e Consuelo De Moraes, da ETH em Zurique, notaram que mordiscam habilmente as folhas para “encorajar” as plantas a florescerem.

Curiosamente, as tentativas de replicar esses tratamentos de insetos com nossos métodos não foram bem-sucedidas, e os cientistas agora estão se perguntando se o segredo para danos efetivos de insetos às folhas está no padrão único que eles usam, ou talvez na introdução de algumas substâncias pelas abelhas. Em outros campos de biohacking no entanto, estamos fazendo melhor.

Por exemplo, engenheiros descobriram recentemente como transformar espinafre em sistemas sensoriais ambientaisque pode alertá-lo para a presença de explosivos. Em 2016, o engenheiro químico Ming Hao Wong e sua equipe do MIT transplantaram nanotubos de carbono em folhas de espinafre. Vestígios de explosivosque a planta absorveu pelo ar ou água subterrânea, fez nanotubos emitir um sinal fluorescente. Para capturar tal sinal da fábrica, uma pequena câmera infravermelha foi apontada para a folha e conectada a um chip Raspberry Pi. Quando a câmera detectava um sinal, acionava um alerta de e-mail. Depois de desenvolver nanosensores em espinafre, Wong começou a desenvolver outras aplicações para a tecnologia, principalmente na agricultura para alertar sobre secas ou pragas.

o fenômeno da bioluminescência, por exemplo. em lulas, águas-vivas e outras criaturas marinhas. A designer francesa Sandra Rey apresenta a bioluminescência como uma forma natural de iluminação, ou seja, a criação de lanternas "vivas" que emitem luz sem eletricidade (2). Ray é o fundador e CEO da Glowee, uma empresa de iluminação bioluminescente. Ele prevê que um dia eles poderão substituir a iluminação elétrica convencional das ruas.

2. Visualização de Iluminação Glowee

Para a produção de luz, os técnicos da Glowee envolvem gene de bioluminescência obtidos de chocos havaianos em bactérias E. coli, e então eles cultivam essas bactérias. Ao programar o DNA, os engenheiros podem controlar a cor da luz quando ela liga e desliga, além de muitas outras modificações. Essas bactérias obviamente precisam ser cuidadas e alimentadas para permanecerem vivas e radiantes, então a empresa está trabalhando para manter a luz acesa por mais tempo. No momento, diz Rei da Wired, eles têm um sistema que está funcionando há seis dias. A vida útil limitada atual das luminárias significa que, no momento, elas são mais adequadas para eventos ou festivais.

Animais de estimação com mochilas eletrônicas

Você pode observar insetos e tentar imitá-los. Você também pode tentar “hackeá-los” e usá-los como… drones em miniatura. Os zangões são equipados com "mochilas" com sensores, como os usados ​​pelos agricultores para monitorar seus campos (3). O problema dos microdrones é o poder. Não existe esse problema com insetos. Eles voam incansavelmente. Os engenheiros carregaram sua "bagagem" com sensores, memória para armazenamento de dados, receptores para rastreamento de localização e baterias para alimentação de eletrônicos (ou seja, capacidade muito menor) - todos pesando 102 miligramas. À medida que os insetos realizam suas atividades diárias, sensores medem temperatura e umidade, e sua posição é rastreada usando um sinal de rádio. Depois de retornar à colmeia, os dados são baixados e a bateria é carregada sem fio. A equipe de cientistas chama sua tecnologia de Living IoT.

3. Live IoT, que é uma abelha com um sistema eletrônico nas costas

Zoólogo do Instituto Max Planck de Ornitologia. Martin Wikelski decidiu testar a crença popular de que os animais têm uma capacidade inata de sentir desastres iminentes. Wikelski lidera o projeto internacional de detecção de animais, ICARUS. O autor do projeto e da pesquisa ganhou notoriedade ao anexar Sinalizadores de GPS animais (4), grandes e pequenos, para estudar a influência dos fenômenos em seu comportamento. Os cientistas mostraram, entre outras coisas, que uma presença aumentada de cegonhas brancas pode ser indicativa de infestações de gafanhotos, e a localização e a temperatura corporal dos patos-reais podem ser indicativas da propagação da gripe aviária entre os seres humanos.

4. Martin Wikelski e a cegonha transmissora

Agora Wikelski está usando cabras para descobrir se há algo nas teorias antigas que os animais "sabem" sobre terremotos e erupções vulcânicas iminentes. Imediatamente após o grande terremoto de Norcia em 2016 na Itália, Wikelski coletou o gado perto do epicentro para ver se eles se comportavam de maneira diferente antes dos choques. Cada colar continha ambos dispositivo de rastreamento GPScomo um acelerômetro.

Mais tarde, ele explicou que com esse monitoramento 2 horas por dia, é possível identificar o comportamento "normal" e depois procurar anormalidades. Wikelski e sua equipe notaram que os animais aumentaram sua aceleração nas horas anteriores ao terremoto. Ele observou "períodos de alerta" de 18 a XNUMX horas, dependendo da distância do epicentro. Wikelski solicita uma patente para um sistema de alerta de desastres baseado no comportamento coletivo dos animais em relação a uma linha de base.

Melhore a eficiência da fotossíntese

A terra vive porque planta em todo o mundo liberar oxigênio como subproduto da fotossíntesee alguns deles se tornam alimentos nutritivos adicionais. No entanto, a fotossíntese é imperfeita, apesar de muitos milhões de anos de evolução. Pesquisadores da Universidade de Illinois começaram a trabalhar na correção dos defeitos na fotossíntese, que eles acreditam que podem aumentar o rendimento das colheitas em até 40%.

Eles se concentraram em um processo chamado fotorrespiraçãoque não é tanto uma parte da fotossíntese como sua consequência. Como muitos processos biológicos, a fotossíntese nem sempre funciona perfeitamente. Durante a fotossíntese, as plantas absorvem água e dióxido de carbono e os transformam em açúcares (alimento) e oxigênio. As plantas não precisam de oxigênio, então ele é removido.

Os pesquisadores isolaram uma enzima chamada ribulose-1,5-bifosfato carboxilase/oxigenase (RuBisCO). Este complexo proteico liga uma molécula de dióxido de carbono à ribulose-1,5-bifosfato (RuBisCO). Ao longo dos séculos, a atmosfera da Terra tornou-se mais oxidada, o que significa que RuBisCO tem que lidar com mais moléculas de oxigênio misturadas com dióxido de carbono. Em um em cada quatro casos, RuBisCO captura erroneamente uma molécula de oxigênio, e isso afeta o desempenho.

Devido à imperfeição desse processo, as plantas ficam com subprodutos tóxicos, como glicolato e amônia. O processamento desses compostos (através da fotorrespiração) requer energia, que se soma às perdas decorrentes da ineficiência da fotossíntese. Os autores do estudo observam que arroz, trigo e soja são deficientes por causa disso, e o RuBisCO se torna ainda menos preciso à medida que a temperatura aumenta. Isso significa que, à medida que o aquecimento global se intensifica, pode haver uma redução na oferta de alimentos.

Essa solução faz parte de um programa chamado (RIPE) e envolve a introdução de novos genes que tornam a fotorrespiração mais rápida e energeticamente mais eficiente. A equipe desenvolveu três caminhos alternativos usando as novas sequências genéticas. Esses caminhos foram otimizados para 1700 espécies de plantas diferentes. Por dois anos, os cientistas testaram essas sequências usando tabaco modificado. É uma planta comum na ciência porque seu genoma é excepcionalmente bem compreendido. Mais vias eficientes para a fotorrespiração permitem que as plantas economizem uma quantidade significativa de energia que pode ser usada para seu crescimento. O próximo passo é introduzir genes em culturas alimentares como soja, feijão, arroz e tomate.

Células sanguíneas artificiais e recortes de genes

Hackear a natureza isso leva, no final, ao próprio homem. No ano passado, cientistas japoneses relataram que desenvolveram um sangue artificial que pode ser usado em qualquer paciente, independentemente do tipo sanguíneo, que tem várias aplicações na vida real na medicina do trauma. Recentemente, os cientistas fizeram um avanço ainda maior ao criar glóbulos vermelhos sintéticos (5). Esses células sanguíneas artificiais eles não apenas mostram as propriedades de suas contrapartes naturais, mas também possuem recursos avançados. Uma equipe da Universidade do Novo México, do Laboratório Nacional Sandia e da Universidade Politécnica do Sul da China criou glóbulos vermelhos que podem não apenas transportar oxigênio para várias partes do corpo, mas também fornecer drogas, detectar toxinas e realizar outras tarefas. .

5. Célula sanguínea sintética

O processo de criação de células sanguíneas artificiais foi iniciado por células naturais que foram primeiro revestidas com uma fina camada de sílica e depois com camadas de polímeros positivos e negativos. A sílica é então gravada e, finalmente, a superfície é coberta com membranas de eritrócitos naturais. Isso levou à criação de eritrócitos artificiais com tamanho, forma, carga e proteínas de superfície semelhantes às reais.

Além disso, os pesquisadores demonstraram a flexibilidade das células sanguíneas recém-formadas, empurrando-as através de pequenas lacunas nos capilares do modelo. Finalmente, quando testado em camundongos, nenhum efeito colateral tóxico foi encontrado mesmo após 48 horas de circulação. Os testes carregaram essas células com hemoglobina, drogas anticancerígenas, sensores de toxicidade ou nanopartículas magnéticas para mostrar que elas podem carregar diferentes tipos de cargas. Células artificiais também podem atuar como isca para patógenos.

Hackear a natureza isso acaba levando à ideia de correção genética, fixação e engenharia de humanos e a abertura de interfaces cerebrais para comunicação direta entre cérebros.

Atualmente, há muita ansiedade e preocupação com a perspectiva de modificação genética humana. Os argumentos a favor também são fortes, como o de que técnicas de manipulação genética podem ajudar a eliminar a doença. Eles podem eliminar muitas formas de dor e ansiedade. Eles podem aumentar a inteligência e a longevidade das pessoas. Algumas pessoas chegam ao ponto de dizer que podem mudar a escala da felicidade e produtividade humana em muitas ordens de magnitude.

Engenharia genéticase suas consequências esperadas fossem levadas a sério, poderia ser considerada um evento histórico, igual à explosão cambriana, que mudou o ritmo da evolução. Quando a maioria das pessoas pensa em evolução, pensa em evolução biológica por meio da seleção natural, mas, como se vê, outras formas podem ser imaginadas.

A partir dos XNUMXs, as pessoas começaram a modificar o DNA de plantas e animais (Veja também: ), criação Alimentos geneticamente modificadosetc. Atualmente, meio milhão de crianças nascem todos os anos com a ajuda da fertilização in vitro. Cada vez mais, esses processos também incluem o sequenciamento de embriões para triagem de doenças e determinação do embrião mais viável (uma forma de engenharia genética, embora sem alterações ativas reais no genoma).

Com o advento do CRISPR e tecnologias semelhantes (6), testemunhamos um boom na pesquisa para fazer mudanças reais no DNA. Em 2018, He Jiankui criou as primeiras crianças geneticamente modificadas na China, pelas quais foi preso. Esta questão é atualmente objeto de acirrado debate ético. Em 2017, a Academia Nacional de Ciências dos EUA e a Academia Nacional de Medicina aprovaram o conceito de edição do genoma humano, mas apenas "depois de encontrar respostas para questões de segurança e desempenho" e "somente no caso de doenças graves e sob estreita supervisão. "

O ponto de vista dos “bebês desenhadores”, ou seja, projetar pessoas escolhendo os traços que uma criança deve ter para nascer, causa polêmica. Isso é indesejável, pois acredita-se que apenas os ricos e privilegiados terão acesso a tais métodos. Mesmo que tal projeto seja tecnicamente impossível por muito tempo, ainda será manipulação genética quanto à deleção de genes para defeitos e doenças não são claramente avaliados. Novamente, como muitos temem, isso só estará disponível para alguns poucos selecionados.

No entanto, não se trata de um recorte e inclusão de botões tão simples como imaginam aqueles que estão familiarizados com o CRISPR principalmente pelas ilustrações na imprensa. Muitas características humanas e suscetibilidade a doenças não são controladas por um ou dois genes. As doenças variam de tendo um gene, criando condições para muitos milhares de opções de risco, aumentando ou diminuindo a suscetibilidade a fatores ambientais. No entanto, embora muitas doenças, como depressão e diabetes, sejam poligênicas, até mesmo cortar genes individuais geralmente ajuda. Por exemplo, a Verve está desenvolvendo uma terapia genética que reduz a prevalência de doenças cardiovasculares, uma das principais causas de morte em todo o mundo. edições relativamente pequenas do genoma.

Para tarefas complexas, e uma delas base poligênica da doença, o uso de inteligência artificial tornou-se recentemente uma receita. É baseado em empresas como a que começou a oferecer aos pais uma avaliação de risco poligênico. Além disso, conjuntos de dados genômicos sequenciados estão ficando cada vez maiores (alguns com mais de um milhão de genomas sequenciados), o que aumentará a precisão dos modelos de aprendizado de máquina ao longo do tempo.

rede cerebral

Em seu livro, Miguel Nicolelis, um dos pioneiros do que hoje é conhecido como “brain hacking”, chamou a comunicação de o futuro da humanidade, o próximo estágio na evolução de nossa espécie. Ele conduziu pesquisas nas quais conectou os cérebros de vários ratos usando sofisticados eletrodos implantados, conhecidos como interfaces cérebro-cérebro.

Nicolelis e seus colegas descreveram a conquista como o primeiro "computador orgânico" com cérebros vivos ligados entre si como se fossem vários microprocessadores. Os animais dessa rede aprenderam a sincronizar a atividade elétrica de suas células nervosas da mesma forma que em qualquer cérebro individual. O cérebro em rede foi testado para coisas como sua capacidade de distinguir entre dois padrões diferentes de estímulos elétricos, e eles geralmente superam animais individuais. Se os cérebros interconectados dos ratos são "mais inteligentes" do que os de qualquer animal, imagine as capacidades de um supercomputador biológico interconectado por um cérebro humano. Essa rede pode permitir que as pessoas trabalhem além das barreiras linguísticas. Além disso, se os resultados do estudo com ratos estiverem corretos, a rede do cérebro humano pode melhorar o desempenho, ou assim parece.

Houve experimentos recentes, também mencionados nas páginas do MT, que envolveram reunir a atividade cerebral de uma pequena rede de pessoas. Três pessoas sentadas em salas diferentes trabalharam juntas para orientar o bloco corretamente para que pudesse preencher a lacuna entre outros blocos em um videogame semelhante ao Tetris. Duas pessoas que agiam como "remetentes", com eletroencefalógrafos (EEGs) em suas cabeças que registravam a atividade elétrica de seus cérebros, viram a lacuna e sabiam se o bloco precisava ser girado para caber. A terceira pessoa, atuando como o "receptor", não conhecia a solução correta e teve que confiar nas instruções enviadas diretamente do cérebro dos remetentes. Um total de cinco grupos de pessoas foram testados com essa rede, chamada "BrainNet" (7), e em média alcançaram mais de 80% de precisão na tarefa.

7. Foto do experimento BrainNet

Para tornar as coisas mais difíceis, os pesquisadores às vezes adicionavam ruído ao sinal enviado por um dos remetentes. Diante de orientações conflitantes ou ambíguas, os destinatários aprenderam rapidamente a identificar e seguir as instruções mais precisas do remetente. Os pesquisadores observam que este é o primeiro relato de que o cérebro de muitas pessoas foi conectado de uma maneira completamente não invasiva. Eles argumentam que o número de pessoas cujos cérebros podem ser conectados em rede é praticamente ilimitado. Eles também sugerem que a transmissão de informações usando métodos não invasivos pode ser aprimorada por imagens simultâneas de atividade cerebral (fMRI), pois isso aumenta potencialmente a quantidade de informações que uma emissora pode transmitir. No entanto, a fMRI não é um procedimento fácil e complicará uma tarefa já extremamente difícil. Os pesquisadores também especulam que o sinal pode ser direcionado para áreas específicas do cérebro para desencadear a percepção de conteúdo semântico específico no cérebro do destinatário.

Ao mesmo tempo, ferramentas para conectividade cerebral mais invasiva e talvez mais eficiente estão evoluindo rapidamente. Máscara do ego anunciou recentemente o desenvolvimento de um implante BCI contendo XNUMX eletrodos para permitir ampla comunicação entre computadores e células nervosas no cérebro. (DARPA) desenvolveu uma interface neural implantável capaz de disparar simultaneamente um milhão de células nervosas. Embora esses módulos BCI não tenham sido projetados especificamente para interoperar cérebro-cérebronão é difícil imaginar que eles possam ser usados ​​para tais propósitos.

Além do exposto, há outro entendimento de “biohacking”, que está na moda especialmente no Vale do Silício e consiste em vários tipos de procedimentos de bem-estar com fundamentos científicos às vezes duvidosos. Entre eles estão várias dietas e técnicas de exercícios, bem como incl. transfusão de sangue jovem, bem como implantação de chips subcutâneos. Nesse caso, os ricos pensam em algo como "morte de hackers" ou velhice. Até agora, não há evidências convincentes de que os métodos que eles usam possam prolongar significativamente a vida, sem mencionar a imortalidade com a qual alguns sonham.