Científicos crean robots «vivos» que se reproducen a sí mismos
Para existir, la vida debe continuar y reproducirse. A lo largo de miles de millones de años, los organismos han desarrollado muchas formas de reproducción, desde plantas que brotan hasta animales sexuales y virus.
Ahora, científicos de la Universidad de Vermont, la Universidad de Tufts y el Instituto de Ingeniería Biológica Wyss de la Universidad de Harvard han descubierto una forma completamente nueva de reproducción biológica y han aplicado su descubrimiento para crear los primeros robots vivos del mundo capaces de autorreplicarse.
El mismo equipo que creó los primeros robots vivos («ksenobots», fabricados con células de rana, de los que se supo en 2020) descubrió que estos organismos diseñados por ordenador y ensamblados a mano pueden nadar en su diminuto «plato», encontrar células sueltas, reunir cientos de ellas y formar «pequeños» ksenobots dentro de su «boca» con forma de Pac-Man.
En unos pocos días, se convierten en nuevos ksenobots que tienen exactamente el mismo aspecto y se mueven de la misma forma que sus «progenitores». Luego, estos nuevos ksenobots pueden buscar células y crear sus propias copias. Una y otra vez.
Doctor en Filosofía, científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, que fue uno de los líderes de la nueva investigación, Joshua Bongard afirmó: «Con el diseño adecuado, se autorreplicarán de forma espontánea».
En la rana Xenopus laevis, estas células embrionarias se desarrollan hasta convertirse en piel. «Se situarían en el exterior del renacuajo, impidiendo la entrada de microorganismos patógenos y redistribuyendo la mucosidad», explicó Michael Levin, doctor en Filosofía, profesor de biología, director del Centro Allen de Descubrimiento de la Universidad de Tufts y codirector de la nueva investigación.
«Pero las colocamos en un nuevo contexto. Les damos la oportunidad de reinterpretar su multicelularidad», señaló el profesor. «Durante bastante tiempo, la gente pensó que había descubierto todas las formas en que se puede reproducir la vida. Pero esto nunca antes se había observado», afirmó Douglas Blackiston, doctor en Filosofía, investigador sénior de la Universidad de Tufts y del Instituto Wyss, quien creó a los «progenitores» de los ksenobots y desarrolló la parte biológica de la nueva investigación.
«Es profundo. Estas células tienen el genoma de la rana, pero, sin convertirse en renacuajos, utilizan su inteligencia colectiva y su plasticidad para hacer algo sorprendente. Tenemos un genoma de rana completo e inalterado, pero eso no indica que estas células puedan trabajar juntas en esta nueva tarea de recoger y luego compactar células separadas en autocopias funcionales»
En experimentos anteriores, los científicos se sorprendieron de que los ksenobots pudieran diseñarse para resolver tareas sencillas. Ahora están asombrados de que estos objetos biológicos, una colección de células diseñada por ordenador, se reproduzcan de forma espontánea.
Doctor en Filosofía y autor principal de la nueva investigación, Sam Kriegman afirmó: «Son células de rana que se replican de una forma muy diferente a como lo hacen las ranas. Ningún animal o planta conocido por la ciencia se reproduce de esta manera».
El progenitor en sí, un «xenobot» formado por unas 3000 células, forma una esfera. Kriegman explicó: «De él pueden nacer descendientes, pero después el sistema normalmente se extingue. En realidad, es muy difícil lograr que el sistema siga reproduciéndose».
Pero, con ayuda de un programa de inteligencia artificial que se ejecuta en el clúster de supercomputadoras Deep Green del Advanced Computing Core de la UVM, en Vermont, un algoritmo evolutivo logró probar miles de millones de formas corporales en simulaciones —triángulos, cuadrados, pirámides, estrellas de mar— para encontrar aquellas que permitían a las células replicarse de forma más eficiente mediante una replicación «cinemática» basada en el movimiento.
«Pedimos a la supercomputadora de la UVM que averiguara cómo ajustar la forma de los progenitores originales y, después de varios meses de trabajo, la IA ideó algunas configuraciones extrañas, entre ellas una que recordaba a Pac-Man. Parece muy sencilla, pero un ingeniero humano no la habría imaginado. ¿Por qué una sola boquita? ¿Por qué no cinco? Enviamos los resultados a Douglas, y él creó a estos progenitores ksenobots con forma de Pac-Man. Luego, estos progenitores crearon hijos, que crearon nietos, que crearon bisnietos, que crearon tataranietos»
La replicación cinemática es bien conocida a nivel molecular, pero nunca antes se había observado a escala de células o organismos completos. Bongard explicó: «Descubrimos que existe este espacio desconocido hasta ahora dentro de los organismos o sistemas vivos, y es un espacio enorme. Entonces, ¿cómo lo exploramos? Encontramos ksenobots que caminan. Encontramos ksenobots que nadan. Y ahora, en esta investigación, descubrimos ksenobots que se reproducen cinemáticamente. ¿Qué más hay?».
«Estamos trabajando para comprender esta propiedad: la replicación. El mundo y la tecnología cambian a un ritmo vertiginoso. Para la sociedad en su conjunto es importante que estudiemos y comprendamos cómo funciona esto. Estas máquinas vivas de tamaño milimétrico, completamente contenidas en un laboratorio, fáciles de detener y revisadas por expertos federales, estatales e institucionales en ética, no me quitan el sueño por la noche. El riesgo lo representan la próxima pandemia, la aceleración del daño a los ecosistemas por la contaminación y el aumento de las amenazas relacionadas con el cambio climático. Este es un sistema ideal para estudiar sistemas autorreplicantes. Tenemos el deber moral de entender las condiciones en las que podemos controlarlo, dirigirlo, suprimirlo o potenciarlo»
Según los investigadores, es necesario crear soluciones tecnológicas que crezcan al mismo ritmo que los problemas a los que se enfrenta el mundo. El equipo ve en la investigación avances prometedores en el campo de la medicina regenerativa.
«Si supiéramos cómo indicar a las colecciones de células que hagan lo que queremos, al final tendríamos medicina regenerativa: la solución para las lesiones traumáticas, los defectos congénitos, el cáncer y el envejecimiento. Todos estos problemas existen porque no sabemos cómo predecir ni controlar qué grupos de células se van a formar. Los ksenobots son una nueva plataforma para aprender»
