Xenobots: Los organismos vivos programables que representan una nueva clase de artefacto

Xenobots: Los organismos vivos programables que representan una nueva clase de artefacto

Un equipo de científicos de la Universidad de Vermont ha vuelto a proponer células vivas -raspadas de embriones de rana- y las ha ensamblado en formas de vida completamente nuevas: los xenobots. Estos robots de ancho milimétrico pueden moverse hacia un objetivo, tal vez recoger una carga (como la medicina que necesita ser llevada a un lugar específico dentro de un paciente) – y curarse a sí mismos después de ser cortados.

Según Joshua Bongard, un científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, que codirigió la nueva investigación, «estas son novedosas máquinas vivas. Los xenobots no son ni un robot tradicional ni una especie animal conocida. Es una nueva clase de artefacto: un organismo vivo y programable».

Según se informa, los nuevos xenobots fueron diseñados en una supercomputadora en la UVM y luego ensamblados y probados por biólogos de la Universidad de Tufts. El co-líder Michael Levin que dirige el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo de Tufts dijo, «podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer – como buscar compuestos desagradables o contaminación radioactiva, recoger microplástico en los océanos, viajar en las arterias para raspar la placa».

Los resultados de la nueva investigación se publicaron el 13 de enero en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Esta investigación, por primera vez en la historia, «diseña máquinas completamente biológicas desde la base», escribe el equipo en su nuevo estudio.

Según UVM Today, con meses de tiempo de procesamiento en el clúster de supercomputadoras Deep Green en el Núcleo de Computación Avanzada de Vermont de la UVM, el equipo -incluyendo al autor principal y estudiante de doctorado Sam Kriegman- utilizó un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. Intentando lograr una tarea asignada por los científicos, como la locomoción en una dirección, la computadora reensamblaba una y otra vez unos cientos de células simuladas en una miríada de formas y cuerpos. A medida que los programas se ejecutaron -conducida por reglas básicas sobre la biofísica de lo que puede hacer una sola piel de rana y células cardíacas- los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras que los diseños fallidos se desecharon. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, los diseños más prometedores fueron seleccionados para ser probados.

Después de la selección, el equipo de Tufts, dirigido por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirió los diseños in silico a la vida. Primero, recogieron células madre, cosechadas de los embriones de ranas africanas, la especie Xenopus laevis (de ahí el nombre «xenobots»). Estas se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Luego, utilizando unas diminutas pinzas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaban y se unían bajo el microscopio en una aproximación cercana a los diseños especificados por la computadora, señala UVM Today.

Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células de los xenobots comenzaron a trabajar juntas. Las células de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones, una vez aleatorias, de las células del músculo cardíaco fueron puestas a trabajar creando un movimiento ordenado hacia adelante, guiado por el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de auto-organización, permitiendo a los robots moverse por sí mismos.

Según Levin, «si la humanidad va a sobrevivir en el futuro, necesitamos entender mejor cómo las propiedades complejas, de alguna manera, emergen de reglas simples». Gran parte de la ciencia se centra en el control de las reglas de bajo nivel. Dice, «también necesitamos entender las reglas de alto nivel. Si quisieras un hormiguero con dos chimeneas en vez de una, ¿cómo modificarías las hormigas? No tendríamos ni idea».

Además, añade: «Creo que es una necesidad absoluta para que la sociedad siga adelante y pueda manejar mejor los sistemas en los que el resultado es muy complejo. Un primer paso para hacer eso es explorar: ¿cómo deciden los sistemas vivos lo que debe ser un comportamiento general y cómo manipulamos las piezas para obtener los comportamientos que queremos?»

Según él, en otras palabras, «este estudio de los xenobots es una contribución directa para controlar lo que la gente teme, que son consecuencias no deseadas – ya sea en la rápida llegada de los coches que se conducen por sí mismos, el cambio de las unidades de genes para eliminar linajes enteros de virus, o los muchos otros sistemas complejos y autónomos que conformarán cada vez más la experiencia humana».

Josh Bongard de UVM dice, «hay toda esta creatividad innata en la vida. Queremos entenderla más profundamente y cómo podemos dirigirla y empujarla hacia nuevas formas».

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