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El equipo construye los primeros robots vivientes que pueden reproducirse

Los Xenobots diseñados por IA revelan una forma completamente nueva de autorreplicación biológica, prometedora para la medicina regenerativa

Fecha :
29 de noviembre de 2021
Fuente :
Universidad de Vermont
Resumen :
Los científicos han descubierto una nueva forma de reproducción biológica y han creado robots vivientes autorreplicantes. Hechos de células de rana, estos organismos diseñados por computadora reúnen células individuales dentro de una 'boca' en forma de Pac-Man y liberan a Xenobot 'bebés que se ven y se mueven como ellos mismos. Luego, las crías van y hacen lo mismo, una y otra vez.
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HISTORIA COMPLETA

Para persistir, la vida debe reproducirse. Durante miles de millones de años, los organismos han desarrollado muchas formas de replicarse, desde plantas en ciernes hasta animales sexuales y virus invasores.

Ahora, los científicos de la Universidad de Vermont, la Universidad de Tufts y el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard han descubierto una forma completamente nueva de reproducción biológica y han aplicado su descubrimiento para crear la primera vida autoreplicanterobots.

El mismo equipo que construyó los primeros robots vivientes "Xenobots", ensamblados a partir de células de rana - informado en 2020 ha descubierto que estos organismos diseñados por computadora y ensamblados a mano pueden nadar hacia su pequeño plato, encontrar células individuales,reúna a cientos de ellos y reúna a los "bebés" Xenobots dentro de su "boca" en forma de Pac-Man, que, unos días después, se convertirán en nuevos Xenobots que se ven y se mueven como ellos.

Y luego estos nuevos Xenobots pueden salir, encontrar células y crear copias de sí mismos. Una y otra vez.

"Con el diseño correcto, se reproducirán espontáneamente", dice Joshua Bongard, Ph.D., científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, que codirigió la nueva investigación.

Los resultados de la nueva investigación se publicaron el 29 de noviembre de 2021 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Hacia lo desconocido

en a Xenopus laevis rana, estas células embrionarias se convertirían en piel. "Estarían sentadas en el exterior de un renacuajo, manteniendo alejados a los patógenos y redistribuyendo la mucosidad", dice Michael Levin, Ph.D., profesor de biología y director de AllenDiscovery Center en Tufts University y codirector de la nueva investigación. "Pero los estamos poniendo en un contexto novedoso. Les estamos dando la oportunidad de reimaginar su multicelularidad". Levin también es miembro asociado de la facultad en el Wyss Institute.

Y lo que imaginan es algo muy diferente a la piel. "La gente ha pensado durante bastante tiempo que hemos descubierto todas las formas en que la vida puede reproducirse o replicarse. Pero esto es algo que nunca antes se había observado", diceel coautor Douglas Blackiston, Ph.D., el científico principal de la Universidad de Tufts y el Instituto Wyss que reunió a los "padres" de Xenobot y desarrolló la parte biológica del nuevo estudio.

"Esto es profundo", dice Levin. "Estas células tienen el genoma de una rana, pero, liberadas de convertirse en renacuajos, usan su inteligencia colectiva, una plasticidad, para hacer algo asombroso". En experimentos anteriores, los científicos estabanasombrados de que los Xenobots pudieran diseñarse para lograr tareas simples. Ahora están asombrados de que estos objetos biológicos, una colección de células diseñada por computadora, se replicarán espontáneamente. "Tenemos el genoma de la rana completo e inalterado", dice Levin, "perono dio ningún indicio de que estas células puedan trabajar juntas en esta nueva tarea, "de reunir y luego comprimir células separadas en auto-copias funcionales".

"Estas son células de rana que se replican de una manera muy diferente de cómo lo hacen las ranas. Ningún animal o planta conocida por la ciencia se replica de esta manera", dice Sam Kriegman, Ph.D., autor principal del nuevo estudio, quien completó su doctorado en el laboratorio de Bongard en UVM y ahora es investigador postdoctoral en el Centro Allen de Tuft y en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard.

Por sí solo, el padre Xenobot, compuesto por unas 3000 células, forma una esfera. "Estos pueden producir hijos, pero luego el sistema normalmente se extingue después de eso. Es muy difícil, en realidad, lograr que el sistema siga reproduciéndose".dice Kriegman. Pero con un programa de inteligencia artificial que trabaja en el grupo de supercomputadoras Deep Green en Vermont Advanced Computing Core de UVM, un algoritmo evolutivo pudo probar miles de millones de formas corporales en simulación triángulos, cuadrados, pirámides, estrellas de mar para encontrar unasque permitió que las células fueran más efectivas en la replicación "cinemática" basada en el movimiento informada en la nueva investigación.

"Le pedimos a la supercomputadora de UVM que averiguara cómo ajustar la forma de los padres iniciales, y la IA ideó algunos diseños extraños después de meses de trabajo, incluido uno que se parecía a Pac-Man", dice Kriegman.No es nada intuitivo. Parece muy simple, pero no es algo que se le ocurriera a un ingeniero humano. ¿Por qué una boca pequeña? ¿Por qué no cinco? Le enviamos los resultados a Doug y él construyó estos Xenobots parentales con forma de Pac-Man.Entonces esos padres construyeron hijos, quienes construyeron nietos, quienes construyeron bisnietos, quienes construyeron tataranietos ". En otras palabras, el diseño correcto extendió enormemente el número de generaciones.

La replicación cinemática es bien conocida a nivel de moléculas, pero nunca antes se había observado a escala de células u organismos completos.

"Hemos descubierto que existe este espacio previamente desconocido dentro de los organismos o sistemas vivos, y es un espacio vasto", dice Bongard. "¿Cómo podemos entonces explorar ese espacio? Encontramos Xenobots que caminan. EncontramosXenobots que nadan. Y ahora, en este estudio, hemos encontrado Xenobots que se replican cinemáticamente. ¿Qué más hay ahí fuera? "

O, como escriben los científicos en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias estudio: "la vida alberga comportamientos sorprendentes justo debajo de la superficie, esperando ser descubiertos".

Respondiendo al riesgo

Algunas personas pueden encontrar esto estimulante. Otras pueden reaccionar con preocupación, o incluso con terror, a la noción de una biotecnología autorreplicante. Para el equipo de científicos, el objetivo es una comprensión más profunda.

"Estamos trabajando para comprender esta propiedad: la replicación. El mundo y las tecnologías están cambiando rápidamente. Es importante, para la sociedad en su conjunto, que estudiemos y entendamos cómo funciona", dice Bongard. Estas máquinas vivientes de tamaño milimétrico,completamente contenidas en un laboratorio, fácilmente extinguidas y examinadas por expertos federales, estatales e institucionales en ética, "no son lo que me mantiene despierto por la noche. Lo que presenta riesgo es la próxima pandemia; la aceleración del daño al ecosistema por la contaminación; la intensificación de las amenazas del cambio climático,", dice Bongard de UVM." Este es un sistema ideal para estudiar sistemas autorreplicantes. Tenemos el imperativo moral de comprender las condiciones bajo las cuales podemos controlarlo, dirigirlo, apagarlo, exagerarlo ".

Bongard señala la epidemia de COVID y la búsqueda de una vacuna. "La velocidad a la que podemos producir soluciones es muy importante. Si podemos desarrollar tecnologías, aprendiendo de Xenobots, donde podamos decirle rápidamente a la IA: 'Necesitamos unherramienta que hace X e Y y suprime Z, '- eso podría ser muy beneficioso. Hoy, eso lleva mucho tiempo. "El equipo tiene como objetivo acelerar la rapidez con la que las personas pueden pasar de identificar un problema a generar soluciones," comodesplegando máquinas vivas para sacar los microplásticos de las vías fluviales o fabricar nuevos medicamentos ", dice Bongard.

"Necesitamos crear soluciones tecnológicas que crezcan al mismo ritmo que los desafíos que enfrentamos", dice Bongard.

Y el equipo ve promisorios en la investigación de avances hacia la medicina regenerativa. "Si supiéramos cómo decirle a las colecciones de células que hagan lo que queremos que hagan, en última instancia, esa es la medicina regenerativa: esa es la solución para las lesiones traumáticas, el nacimientodefectos, cáncer y envejecimiento ", dice Levin." Todos estos problemas diferentes están aquí porque no sabemos cómo predecir y controlar qué grupos de células se van a formar. Los Xenobots son una nueva plataforma para enseñarnos ".

Video de los primeros robots vivientes autorreplicantes del mundo : http://www.youtube.com/watch?v=aBYtBXaxsOw


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad de Vermont . Original escrito por Joshua Brown. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, Josh Bongard. Autorreplicación cinemática en organismos reconfigurables . Actas de la Academia Nacional de Ciencias , 2021; 118 49: e2112672118 DOI: 10.1073 / pnas.2112672118

cite esta página :

Universidad de Vermont. "El equipo construye los primeros robots vivos que pueden reproducirse: los Xenobots diseñados por IA revelan una forma completamente nueva de autorreplicación biológica, prometedora para la medicina regenerativa". ScienceDaily. ScienceDaily, 29 de noviembre de 2021. .
Universidad de Vermont. 2021, 29 de noviembre. El equipo construye los primeros robots vivos que pueden reproducirse: los Xenobots diseñados por IA revelan una forma completamente nueva de autorreplicación biológica, prometedora para la medicina regenerativa. ScienceDaily . Obtenido el 29 de noviembre de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/11/211129155020.htm
Universidad de Vermont. "El equipo construye los primeros robots vivientes que pueden reproducirse: los Xenobots diseñados por IA revelan una forma completamente nueva de autorreplicación biológica, prometedora para la medicina regenerativa". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/11 / 211129155020.htm consultado el 29 de noviembre de 2021.

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