علماء يبتكرون روبوتات «حية» قادرة على إعادة إنتاج نفسها
لكي تستمر الحياة، يجب أن تتواصل وتتكاثر. فعلى مدى مليارات السنين طورت الكائنات العضوية عدة طرق للتكاثر، من النباتات المتبرعمة إلى الحيوانات التي تتكاثر جنسياً والفيروسات.
والآن توصل علماء من جامعة فيرمونت وجامعة تافتس ومعهد وايس للهندسة البيولوجية التابع لجامعة هارفارد إلى اكتشاف شكل جديد تماماً من التكاثر البيولوجي، وطبقوا اكتشافهم لإنشاء أول روبوتات حية في العالم قادرة على إعادة إنتاج نفسها.
الفريق نفسه الذي أنشأ أول الروبوتات الحية («الزينوبوتات»، المصنوعة من خلايا الضفدع، والتي أصبح معروفاً عنها في عام 2020)، اكتشف أن هذه الكائنات المصممة بالحاسوب والمجمعة يدوياً قادرة على السباحة في «طبقها» الصغير، والعثور على خلايا منفردة، وجمع مئات منها معاً، وتكوين «زينوبوتات» صغيرة داخل «فمها» الذي يشبه شكل باك مان.
بعد بضعة أيام تصبح الزينوبوتات جديدة، تبدو وتتحرك تماماً مثل «آبائها». ثم تستطيع هذه الزينوبوتات الجديدة البحث عن خلايا وإنشاء نسخ من نفسها. مرة تلو أخرى.
قال جوشوا بونغارد، دكتور في الفلسفة وعالم حاسوب وخبير في الروبوتات من جامعة فيرمونت، وكان أحد قادة البحث الجديد: «مع التصميم الصحيح، ستعيد إنتاج نفسها تلقائياً».
في الضفدع Xenopus laevis تتطور هذه الخلايا الجنينية إلى جلد. «كانت ستجلس على الجزء الخارجي من شرغوف، فتمنع دخول الكائنات الدقيقة الممرضة وتعيد توزيع المخاط»، قال مايكل ليفين، دكتور في الفلسفة وأستاذ علم الأحياء ومدير مركز آلن للاكتشافات في جامعة تافتس والمشرف المشارك على البحث الجديد.
«لكننا نضعها في سياق جديد. نمنحها فرصة لإعادة التفكير في تعددية خلاياها»، أشار الأستاذ. «لفترة طويلة يعتقد الناس أنهم طوروا كل الطرق التي يمكن بها إعادة إنتاج الحياة. لكن هذا لم يُلاحظ من قبل أبداً»، قال دوغلاس بلاكيستون، دكتور في الفلسفة وباحث أول في جامعة تافتس ومعهد وايس، الذي أنشأ «آباء» الزينوبوتات وطور الجزء البيولوجي من البحث الجديد.
«هذا عميق. هذه الخلايا تحمل جينوم الضفدع، لكنها دون أن تتحول إلى شراغيف، تستخدم ذكاءها الجماعي ومرونتها لتفعل شيئاً مدهشاً. لدينا جينوم ضفدع كامل لم يتغير، لكن هذا لا يلمح إلى أن هذه الخلايا قادرة على العمل معاً في هذه المهمة الجديدة المتمثلة في جمع الخلايا المنفصلة ثم ضغطها لتصبح نسخاً ذاتية عاملة»
في التجارب السابقة أدهش العلماء أن الزينوبوتات يمكن تصميمها لحل مهام بسيطة. أما الآن فهم مذهولون لأن هذه الكائنات البيولوجية — مجموعة الخلايا المصممة بالحاسوب — ستعيد إنتاج نفسها تلقائياً.
قال سام كريغمان، دكتور في الفلسفة والمؤلف الرئيسي للبحث الجديد: «هذه خلايا ضفدع تتكاثر بطريقة تختلف كثيراً عن طريقة تكاثر الضفادع. لا يوجد أي حيوان أو نبات معروف للعلم يتكاثر بهذه الطريقة».
الكائن الأم نفسه «الزينوبوت»، المكون من نحو 3000 خلية، يشكل كرة. قال كريغمان: «يمكن أن يولد منه أبناء، لكن بعد ذلك يتوقف النظام عادة عن العمل. في الواقع من الصعب جداً جعل النظام يواصل التكاثر».
لكن بمساعدة برنامج ذكاء اصطناعي يعمل على عنقود الحواسيب الفائقة Deep Green في مركز الحوسبة المتقدمة بجامعة فيرمونت، تمكنت خوارزمية تطورية من اختبار مليارات أشكال الأجسام في المحاكاة — مثلثات ومربعات وأهرامات ونجوم بحر — لإيجاد تلك التي تجعل الخلايا أكثر كفاءة في التكاثر «الحركي» القائم على الحركة.
«طلبنا من الحاسوب الفائق في جامعة فيرمونت أن يكتشف كيفية تعديل شكل الآباء الأصليين، وبعد عدة أشهر من عمل الذكاء الاصطناعي توصل إلى بعض التصاميم الغريبة، منها تصميم يشبه شخصية باك مان. يبدو هذا بسيطاً جداً، لكن لا يمكن لمهندس بشري أن يتوصل إليه. لماذا فم صغير واحد؟ لماذا ليس خمسة؟ أرسلنا النتائج إلى دوغلاس، فأنشأ هؤلاء الآباء الزينوبوتات على شكل باك مان. ثم أنجب هؤلاء الآباء أبناء، أنجب الأبناء أحفاداً، وأنجب الأحفاد أحفاد أحفادهم، وأنجبوا أحفاد أحفاد أحفادهم»
التكاثر الحركي معروف جيداً على مستوى الجزيئات، لكنه لم يُلاحظ من قبل على مستوى الخلايا أو الكائنات الكاملة. قال بونغارد: «اكتشفنا أن هناك هذا الفضاء غير المعروف من قبل داخل الكائنات الحية أو الأنظمة الحية، وهو فضاء هائل. فكيف نستكشف هذا الفضاء إذن؟ وجدنا زينوبوتات تمشي. وجدنا زينوبوتات تسبح. والآن، في هذه الدراسة، اكتشفنا زينوبوتات تتكاثر حركياً. ما الذي أيضاً موجود؟».
«نحن نعمل على فهم هذه الخاصية — التكاثر. العالم والتكنولوجيا يتغيران بسرعة. من المهم للمجتمع ككل أن ندرس ونفهم كيف يعمل ذلك. هذه الآلات الحية بحجم ملليمترات، الموضوعة بالكامل داخل المختبر، والتي يمكن إيقافها بسهولة ومراجعتها من قبل خبراء الأخلاقيات الفيدراليين والحكوميين والمؤسسيين، لا تمنعني من النوم ليلاً. الخطر تمثله الجائحة القادمة، وتسارع الضرر البيئي للنظام البيئي من التلوث، وتعاظم التهديدات المرتبطة بتغير المناخ. هذا نظام مثالي لدراسة الأنظمة ذاتية التكاثر. لدينا واجب أخلاقي لفهم الظروف التي يمكننا فيها السيطرة على ذلك وتوجيهه وكبحه والمبالغة فيه»
وبحسب الباحثين، من الضروري ابتكار حلول تقنية تنمو بالسرعة نفسها التي تنمو بها المشكلات التي يواجهها العالم. ويرى الفريق في الأبحاث إنجازات واعدة في مجال الطب التجديدي.
«لو عرفنا كيف نخبر مجموعات الخلايا أن تفعل ما نريد، لكان الطب التجديدي في النهاية هو الحل لمشكلات الإصابات الرضية والعيوب الخلقية والسرطان والشيخوخة. كل هذه المشكلات المختلفة موجودة لأننا لا نعرف كيف نتنبأ ونتحكم في نوع مجموعات الخلايا التي ستتشكل. الزينوبوتات هي منصة جديدة للتعلم»
