Pequeños robots ‘vivos’ descubrieron cómo reproducirse

Una captura de pantalla de un video de los xenobots en una placa de Petri recolectando células madre para la replicación cinemática.

Los investigadores que desarrollaron lo que dicen que son los primeros robots vivos del mundo ahora informan que pueden reproducirse de una manera sin precedentes, según un estudio revisado por pares publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias el lunes.

Los robots en cuestión no son pequeñas construcciones de silicio y metal, sino que son máquinas biológicas llamadas xenobots que los investigadores de la Universidad de Vermont y la Universidad de Tufts primero descrito el año pasado. Los xenobots son paquetes de células madre cultivadas genéticamente no modificadas de la rana de garras africana, Xenopus laevis. Joshua Bongard, un científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, se refirió a ellos en un comunicado de prensa el pasado mes de enero como “máquinas vivientes novedosas” que son una “nueva clase de artefacto: un organismo vivo programable”.

Los xenobots son programables en el sentido de que sus comportamientos rudimentarios están predeterminados en su mayoría por sus formas iniciales. Como el reportero de Gizmodo George Dvorsky escribió el año pasado, “Usando un algoritmo evolutivo, los investigadores idearon miles de diseños posibles para su nueva forma de vida, siendo la capacidad de locomoción unidireccional un requisito físico fundamental. … Luego se cultivaron células especializadas y se ensamblaron meticulosamente para que coincidieran con la forma diseñada por la computadora “. Los xenobots son capaces de vivir durante días o semanas en un entorno acuático utilizando la energía almacenada en sus células. Si bien su vida útil se puede extender con un ambiente rico en nutrientes, luego inevitablemente se biodegradan.

“Definir ‘robot’ nunca fue fácil, aunque las tecnologías más antiguas en cierto modo oscurecieron ese hecho y dieron la impresión de que sabíamos cuál era una buena definición de ‘robot’ y en qué se diferenciaba uno de las amebas, bacterias, peces, humanos, etc.” El autor del estudio, Michael Levin, le dijo a Gizmodo por correo electrónico. “Esta tecnología deja en claro que tenemos algunas lagunas de conocimiento importantes en torno a los conceptos de robot, máquina, organismo, programa, etc.”

En el nuevo artículo, investigadores de las dos universidades, así como del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard, informaron que los xenobots están haciendo más de sí mismos de forma autónoma utilizando un método previamente desconocido para ser utilizado por cualquier especie animal o vegetal. Levin le dijo a CNN que el método, llamado kinematic replicación, lo dejó “asombrado”.

El equipo observó a los xenobots, que están hechos de alrededor de 3.000 células madre cada uno, moviéndose alrededor de una placa de Petri para recolectar células madre extraviadas y formarlas en grupos. Finalmente, cuando se recolectaron suficientes células madre, esos grupos se convirtieron en nuevos xenobots. Bongard le dijo a CNN que si bien el comportamiento observado inicialmente era raro y específico de la situación, el equipo usó la supercomputadora para probar miles de millones de formas corporales para determinar la forma ideal para la colección; terminó escupiendo algo que se parecía mucho a Pac-Man. Al igual que la forma de Pac-Man es ideal para devorar fantasmas, los xenobots en forma de C fueron mucho más efectivos para atrapar grupos de células madre y formar nuevos xenobots.

“La mayoría de la gente piensa que los robots están hechos de metales y cerámica, pero no se trata tanto de de qué está hecho un robot, sino de lo que hace, que es actuar por sí solo en nombre de la gente”, dijo Bongard a CNN. “… La IA no programó estas máquinas de la forma en que solemos pensar al escribir código. Dio forma y esculpió y se le ocurrió esta forma de Pac-Man “.

Bongard le dijo a CNN que “la forma es, en esencia, el programa” e “influye en cómo se comportan los xenobots para amplificar este proceso increíblemente sorprendente”.

Bongard le dijo a Gizmodo en un correo electrónico que se usaron células de rana porque es uno de los organismos más comunes utilizados en estudios biológicos. Levin y otro biólogo del equipo, Douglas Blackiston, también tienen una amplia experiencia trabajando con tejido de rana. Bongard explicó que la investigación previa del equipo para inducir a los xenobots a un comportamiento específico llevó al descubrimiento de que podían replicarse a sí mismos.

“En nuestro primer experimento de enero de 2020, incluimos tejido del músculo cardíaco de la rana en los xenobots y demostramos que podía moverse, lentamente, por el fondo de una placa de Petri”, le dijo Bongard a Gizmodo. “En un segundo artículo de marzo de 2021, mostramos que a los xenobots les pueden crecer pequeños pelos llamados cilios en su superficie exterior. Batir estos cilios para nadar, lo que resulta en un movimiento más rápido que caminar por el agua. También demostramos que podíamos hacer que los bots ‘vean’, ‘recuerden’, ‘regresen’ y ‘digan’: los xenobots fueron inducidos a brillar en verde “.

“Cuando entran en contacto con la luz azul, que pretende representar algo de interés para los humanos en su entorno, cambiarían permanentemente a un rojo brillante”, agregó Bongard. “Contando los bots rojos al final de la experiencia, pudimos saber cuántos bots habían ‘visto’ la luz azul. También demostramos que un enjambre de xenobot en movimiento aleatorio haría que los perdigones en su entorno fueran apilados. Esto fue parte de la inspiración para este trabajo actual … Esto llevó a la idea de reemplazar los gránulos con células individuales, para ver qué pasaba ”.

CINESe sabe que la replicación de tic ocurre a nivel molecular, pero Bongard le dijo a Gizmodo que nunca se observó ni se creyó que ocurriera en organismos. Según el estudio, los investigadores verificaron que los xenobots, no la “dinámica de fluidos y el autoensamblaje”, eran los responsables de la replicación después de observar que las células madre no se combinaban espontáneamente en ausencia de los xenobots.

En el estudio, los investigadores escribieron que kinemaLa replicación de tic y la autorreplicación espontánea de los xenobots podrían ayudar a explicar los orígenes de la vida en la Tierra. Escribieron que más investigación podría hacer avanzar la hipótesis del mundo amiloide, que “postula que los péptidos autoensamblados fueron la primera entidad molecular capaz de autorreplicarse y, por lo tanto, representarían la etapa más temprana en la evolución de la vida, anterior incluso al mundo del ARN. ” El estudio también podría contribuir a la comprensión de “cómo los procesos de autoamplificación pueden surgir de manera espontánea, de nuevas formas y en nuevas formas, en máquinas abióticas, celulares o biohíbridas”, agregaron. En su sitio web, el equipo especula que los xenobots podrían contribuir a la comprensión de la biología celular y eventualmente conducir a avances en la medicina regenerativa.

Realmente no se sabe para qué se pueden usar los futuros xenobots, dijo Bongard. “Es imposible saber qué aplicaciones tendrá una tecnología en etapa inicial como los xenobots”, escribió Bongard. “Todo lo que podemos hacer es considerar las ventajas que tiene esta tecnología sobre los robots tradicionales, que es que son pequeños, biodegradables y felices en el agua”.

“Esto significa que, con la reglamentación adecuada, pueden operar en entornos cerrados: pueden inspeccionar las raíces de las plantas en granjas verticales, facilitar la producción de carne cultivada o reducir el costo de producción de agua dulce en las instalaciones de desalinización”, Bongard dijo.

Levin le dijo a Gizmodo que las posibles aplicaciones de los xenobots pueden surgir en varias áreas. Uno es “máquinas vivientes sintéticas específicas y útiles (para trabajar en el cuerpo, in vitro para esculpir tejidos para trasplantes, en instalaciones de producción / plantas, en el medio ambiente, en exploración, etc.)”, escribió, mientras que otro es “Usando los xenobots como una caja de arena en la que aprender a convencer a grupos de células para que construyan lo que queremos que construyan; una vez que podamos hacerlo de manera confiable, podremos tener una medicina regenerativa realmente transformadora para defectos de nacimiento, cáncer, traumatismos lesiones, envejecimiento, etc. Todas esas situaciones pueden abordarse una vez que comprendamos cómo estimular a las células para que utilicen su capacidad colectiva de resolución de problemas para producir los órganos y tejidos que queremos que produzcan ”.

Levin agregó que los xenobots podrían ayudar a los científicos a “comprender y controlar mejor los objetivos y el comportamiento de los enjambres de agentes activos, en este caso células, pero esas mismas lecciones nos ayudarán a asegurarnos de que el Internet de las cosas, la robótica del enjambre y muchas otras tecnologías realmente tener resultados beneficiosos “.

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