Pisałam tu już o sztucznej inteligencji, robotach w medycynie i sztucznym życiu. Ale takie czasy nastały, że dzięki głębokim analizom sztucznych inteligencji na świat przychodzą… żywe, samopowielające się roboty – xenoboty.

Kiedy mówimy: robot, myślimy o C-3PO i R2-D2, czasem o cyborgach z nowszych filmów SF, o robotach medycznych robiących operację – o ile jakiś nasz znajomy czy krewny miał choroby predysponujące do takich zabiegów i pieniądze, aby je wykonać. Rzadko myślimy o robocie kuchennym, pralce automatycznej czy automacie do kawy na stacji benzynowej – bo za proste i za mało przypominają człowieka. Co pomyślimy o xenobotach? Zanim wyrobimy sobie opinię, dowiedzmy się, co to takiego.

Uczeni z Allen Discovery Center na Tufts University, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (bardzo imponująca nazwa, nie na wyrost) na Harvardzie i Uniwersytecie w Vermont odkryli, że syntetyczne zespoły wielokomórkowe mogą się replikować, przesuwając i kompresując oddzielone od siebie wcześniej, pojedyncze komórki w funkcjonalne kopie samych siebie – wielokomórkowe, syntetyczne zespoły komórkowe. Są zdolne do samoodtwarzania przez kolejne pokolenia. Mało ekscytujące? To rozszyfrujmy to, bo oto nowy świat w swoim dynamicznym pochodzie właśnie robi wielkie wejście: bioroboty się samopowielają. W uproszczeniu można powiedzieć, że się rozmnażają.

Nowe życie żaby

Historia zaczęła się w styczniu 2020 roku. Ponieważ wystartowała wraz z pandemią, nie zwróciła wówczas uwagi. Biolodzy i bioinżynierowie powołali xenoboty do życia. Wzięli zarodek słynnej w biologii afrykańskiej żaby Xenopus laevis, zeskrobali komórki z wierzchu owego embriona i zmienili ich przeznaczenie – połączyli w zupełnie nowe żywe formy. Zmienili przeznaczenie żywych komórek.

Osiągnięcie to niemałe, bo komórki w zarodkach na ogół nawzajem pouczają się chemicznie, jak się dalej rozwijać. Stąd z takiego żabiego zarodka, bez interwencji naukowców, wyrastał czteronożny płaz bezogonowy z rodziny grzbietorodowatych, zamieszkujący wody stojące i płynące w środkowej i południowej Afryce. W laboratorium zaś służący głównie jako źródło komórek jajowych, które są żywymi próbówkami. Duże, poręczne, a jakie mRNA by w nie nie wrzucić, natychmiast na jego matrycy naprodukuje „tonę” zakodowanego w nim białka. Potem zaś samą dawczynię oocytów można odstawić w słoiku do lodówki, gdzie wejdzie w hibernację aż do czasu, gdy znowu będzie potrzebna.

Zamiast żaby, powstały w ten sposób milimetrowe xenoboty, zdolne poruszać się w kierunku celu, a kiedyś być może – przenieść ładunek (jak lekarstwo, które należy dostarczyć w określone miejsce wewnątrz pacjenta) i goić tkanki chorego po zranieniu. Mogłyby wyszukiwać toksyczne związki lub skażenie radioaktywne, zbierać mikroplastik w oceanach, podróżować tętnicami w celu usunięcia płytki miażdżycowej. Współautor ówczesnego osiągniecia, informatyk i ekspert w dziedzinie robotyki Joshua Bongard z University of Vermont, podsumował to tak: „To są nowe, żywe maszyny. Nie są ani tradycyjnym robotem, ani znanym gatunkiem zwierząt. To nowa klasa bytów: żywy, programowalny organizm”.

Owe nowe stworzenia, które dziś mają już rok z okładem, zostały zaprojektowane na superkomputerze, a następnie zmontowane i przetestowane przez biologów z Tufts University. Problem: robot istnieje i można go każdorazowo komputerowo zaprojektować, ale… kluczowe jest słowo „każdorazowo”. Cóż za pożytek z żywego robota, jeśli on się nie rozmnaża?

Niespotykane wcześniej na Ziemi

Największy pożytek z życia i jego największy cud polega na tym, że ono się replikuje. W ten czy inny sposób powiela swoją istotę. Rośnie i dzieli się, pączkuje lub produkuje komórki, z których wprost (zarodniki) lub po połączeniu (gamety wszelkich rodzajów) powstanie nowy organizm. Wcześniej czy później będzie organizmem bliźniaczo podobnym do rodzicielskiego. I cudownie. Ale jak rozmnożyć xenobota?

On sobie po prostu i dosłownie nagarnia komórki ze środowiska na swój obraz i podobieństwo. To forma powielania siebie samego wcześniej niespotykana w żadnym organizmie żyjącym na Ziemi. Nie ewoluowała przez tysiąclecia, tylko pojawia się spontanicznie w ciągu kilku dni życia xenobota. W dodatku metody sztucznej inteligencji mogą projektować zespoły komórkowe, które nie tylko opóźniają utratę zdolności do tego typu replikacji, ale mogłyby wykonywać użyteczną pracę jako jej efekt uboczny.

Organizmy zaprojektowane komputerowo i ręcznie „składane do kupy” z komórek zarodka żaby, mogą wpłynąć do maleńkiej szalki, znaleźć pojedyncze komórki, zebrać setki ich razem i zmontować „dziecięce” xenoboty w swoich „ustach” w kształcie Pac-Mana. Te „dzieci” kilka dni później stają się nowymi xenobotami, które wyglądają i poruszają się tak samo, jak „rodzice”.

U żaby Xenopus laevis te komórki embrionalne, których używa się do zmontowania xenobotów, rozwinęłyby się w skórę. Pokrywałyby one ciało kijanki, chroniąc przed patogenami i wydzielając śluz. Gdy jednak znajdą się w nowym kontekście, bez wpływu komórek głębszych warstw zarodka muszą na nowo wymyślić, jak być organizmem wielokomórkowym. Bo wielokomórkowość mają zapisaną w swoim programie genetycznym, czyli rozwojowym.

Tego, co się dzieje w rozmnożeniowych szalkach z xenobotami, wcześniej nie obserwowano, choć od dobrego ćwierćwiecza wiadomo z grubsza, jak wyglądają i z czego się biorą podstawowe programy rozwojowe organizmów. Jak ewolucja zbudowała w głębokim kambrze organizmy podzielone na segmenty – tak wymarłe trylobity i żyjące dziś dżdżownice, jak i nas, kręgowce. I żaby, i ludzi. W szczegółach to jednak nadal niemała tajemnica, jak z jednej komórki zwanej zygotą rozwija się cały potomny organizm kręgowca.

Superkomputer wymyślił tu kształt Pac-Mana. Autorzy pracy w niedawnym numerze prestiżowego czasopisma „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS), którzy opowiedzieli o swoich samopowielających się xenobotach wielu agencjom i mediom, twierdzą, że wstępnie ów kształt wcale nie wydawał im się bardziej naturalny czy intuicyjny niż inne, przedziwne kształty, które dla miniaturowych xenobotów zaprojektowała „myśląca maszyna”. Bo inżynier – w przeciwieństwie do ewolucji, która „ulepiła” pantofelka i jamochłony – nie wymyśliłby organizmu o jednej niedużej gębie. Co komputer wymyślił, bioinżynier poskładał. Tak powstały rodzicielskie xenoboty, potem ci rodzice zbudowali dzieci, które zbudowały wnuki, które zbudowały prawnuki, które zbudowały praprawnuki… Innymi słowy: odpowiedni projekt znacznie wydłużył liczbę pokoleń.

Kiedy zaczną same ewoluować?

Niektórzy ludzie mogą uznać to za ekscytujące. Inni mogą zareagować z niepokojem, a nawet przerażeniem na koncepcję samoreplikującej się biotechnologii.

– Ludzie od zawsze wpływali na tzw. porządek ontologiczny i mieli na ten temat różne opinie. A prościej rzekłszy, kiedy np. krzyżowano konia z osłem i powstawał muł, to dla jednych był to zabieg trywialny, a dla innych działanie obrazoburcze – przyznaje prof. Piotr Rieske z Zakładu Biologii Nowotworów Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. – Określenie „zabawa w Pana Boga” jest często przypisywane biologom, a szczególnie biotechnologom. Bardzo trudno odróżnić w takich przypadkach lęk, który z czasem okazuje się być zabobonny, od lęku przed groźnym naruszeniem struktury ontologicznej naszego świata – dodaje.

Niestety, przewidywanie konsekwencji działań biologów nie jest proste. – Biotechnolodzy czy biolodzy często wykorzystują układy żywe jako tzw. biologiczne czarne skrzynki. Coś się umieszcza na wejściu i dostaje się coś na wyjściu, bez zrozumienia, co się stało po drodze, w „biologicznej czarnej skrzynce”. Nieco trywializując: średniowieczni producenci alkoholu wiedzieli dużo mniej niż my o fermentacji alkoholowej, ale ją skutecznie wykorzystywali. Z tym, że do wypadków dochodziło onegdaj częściej. Po prostu im mniej rozumiemy jakiś proces, tym mniejszą mamy nad nim kontrolę – tłumaczy prof. Rieske.

Przyznaje, że w dziedzinie tworzenie xenobotów naukowcy dopiero raczkują, a niektóre opisane w PNAS zjawiska nie są dla nas nawet zrozumiałe. – Sprawę komplikuje to, że w biologii dominuje często paradygmat oparcia mechanizmów działania całego organizmu o kontrole odbywające się na poziomie pojedynczych komórek. Praca opublikowana w PNAS na pewno podważa ten paradygmat i jest to krok w kierunku zrozumienia np. organogenezy, czyli procesu tworzenia się narządów w rozwoju zarodkowym i larwalnym – wyjaśnia naukowiec.


– Autorzy odwołują się jednak do terminologii, która jest objęta pewnego rodzaju tabu kulturowym, jak np. potomstwo. Wszystko to powoduje, że ich praca, chociaż momentami przypomina żarty z gry z potworkiem Pac-Man, który na pewno nie wyjdzie z probówki i nikogo nie pożre, to u niektórych wywołuje obawy o przekraczanie granic. Na razie zagrożenia te wydają się być iluzoryczne chociażby dlatego, że układ ulega samounicestwieniu, a autorzy najpewniej celowo epatują pewnymi określeniami, żeby przykuć uwagę. Prawdopodobnie jednak wykluwa się, nomen omen z jaja żaby, kolejny obszar działań, który stanie się przedmiotem kontroli nie tylko biologów, ale również przedstawicieli etyki, prawa itd. – ocenia profesor Rieske.

Jak podkreślają autorzy pracy w PNAS, „te komórki mają pełny, niezmieniony genom żaby, ale uwolnione od stania się kijankami, wykorzystują swoją «zbiorową inteligencję», plastyczność, aby zrobić coś zdumiewającego”. Najpierw naukowcy byli zdumieni, że xenoboty można zaprojektować do wykonywania prostych zadań. Teraz są zdumieni, że te biologiczne obiekty – zaprojektowany komputerowo zbiór komórek – będą się spontanicznie replikować. W dodatku za pomocą procesu, w jakim rzeźbiarz robi swój autoportret, a nie takiego, w jakim kręgowce „robią dzieci”.

Replikacja tego typu, zwana kinematyczną, jest dobrze znana na poziomie cząsteczek, ale nigdy wcześniej nie była obserwowana w skali całych komórek lub organizmów. Badanie zaobserwowanego teraz zjawiska może zająć uczonym lata, nawet całe dekady, zwłaszcza, że taki naturalny rozwój chociażby żaby nadal w szczegółach stanowi tajemnicę. To jest nowa, gigantyczna przestrzeń, nieznana wcześniej biologii.

Pozostaje pytanie: skoro xenoboty potrafią działać i potrafią się mnożyć, kiedy zaczną same ewoluować? Bo to jest kwestia czasu. Ewolucja jest taką samą podstawową cechą życia, jak rozmnażanie.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Źródło:
https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118
https://techxplore.com/news/2021-11-xenobots-team-robots.html https://techxplore.com/news/2020-01-team-robots.html