Minúsculos robôs 'vivos' descobriram como se reproduzir
Pesquisadores que desenvolveram o que dizem ser os primeiros robôs vivos do mundo agora relatam que podem se reproduzir de uma forma sem precedentes, de acordo com um estudo revisado por pares publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences na segunda-feira.
Os robôs em questão não são pequenas construções de silício e metal - em vez disso, são máquinas biológicas chamadas xenobots, que os pesquisadores da Universidade de Vermont e da Universidade Tufts descreveram pela primeira vez no ano passado. Os xenobôs são feixes de células-tronco cultivadas geneticamente não modificadas da rã africana com garras, Xenopus laevis . Joshua Bongard, cientista da computação e especialista em robótica da Universidade de Vermont, referiu-se a eles em um comunicado à imprensa em janeiro passado como "novas máquinas vivas" que são uma "nova classe de artefato: um organismo vivo e programável".
Os xenobôs são programáveis no sentido de que seus comportamentos rudimentares são em sua maioria pré-determinados por suas formas iniciais. Como o repórter do Gizmodo George Dvorsky escreveu no ano passado, “Usando um algoritmo evolutivo, os pesquisadores desenvolveram milhares de designs possíveis para suas novas formas de vida, com a capacidade de locomoção unidirecional sendo um requisito físico fundamental. ... Células especializadas foram então cultivadas e meticulosamente montadas para corresponder à forma projetada pelo computador. ” Os xenobôs são capazes de viver por dias a semanas em um ambiente aquático usando a energia armazenada em suas células. Embora sua vida útil possa ser estendida com um ambiente rico em nutrientes, depois disso eles inevitavelmente se biodegradam.
“Definir 'robô' nunca foi fácil, embora tecnologias mais antigas obscurecessem esse fato e parecessem que sabíamos o que era uma boa definição de 'robô' e como ele era diferente de amebas, bactérias, peixes, humanos, etc.,” o autor do estudo, Michael Levin, disse ao Gizmodo por e-mail. “Esta tecnologia deixa claro que temos algumas lacunas de conhecimento importantes em torno dos conceitos de robô, máquina, organismo, programa, etc.”
No novo artigo, pesquisadores das duas universidades, bem como do Instituto Wyss para Engenharia Inspirada na Biologia da Universidade de Harvard, relataram que os xenobots estão se fazendo mais autonomamente usando um método até então desconhecido para ser usado por qualquer espécie de animal ou planta. Levin disse à CNN que o método, chamado de replicação cineática , o deixou "surpreso".
A equipe observou os xenobôs, que são feitos de cerca de 3.000 células-tronco cada, movendo-se ao redor de uma placa de Petri para coletar células-tronco perdidas e formá-las em aglomerados. Eventualmente, quando células-tronco suficientes foram coletadas, esses aglomerados se tornaram novos xenobôs. Bongard disse à CNN que embora o comportamento inicialmente observado fosse raro e específico da situação, a equipe usou o supercomputador para testar bilhões de formas corporais para determinar a forma ideal para a coleção; acabou cuspindo algo que se parecia muito com o Pac-Man. Assim como a forma do Pac-Man é ideal para devorar fantasmas, os xenobôs em forma de C eram muito mais eficazes em capturar aglomerados de células-tronco e formar novos xenobôs.
“A maioria das pessoas pensa nos robôs como feitos de metais e cerâmica, mas não é tanto do que um robô é feito, mas o que ele faz, que age por conta própria em nome das pessoas”, disse Bongard à CNN. “... A IA não programou essas máquinas da maneira que normalmente pensamos sobre como escrever código. Ele moldou, esculpiu e criou esta forma de Pac-Man. ”
Bongard disse à CNN que a “forma é, em essência, o programa” e “influencia como os xenobots se comportam para amplificar este processo incrivelmente surpreendente”.
Bongard disse ao Gizmodo em um e-mail que células de sapo foram usadas porque é um dos organismos mais comuns usados em estudos biológicos. Levin e outro biólogo da equipe, Douglas Blackiston, também têm ampla experiência no trabalho com tecido de rã. Bongard explicou que a pesquisa anterior da equipe para induzir os xenobots a um comportamento específico levou à descoberta de que eles poderiam se replicar.
“Em nosso primeiro experimento em janeiro de 2020, incluímos tecido do músculo cardíaco de rã nos xenobots e mostramos que ele podia se arrastar, lentamente, pelo fundo de uma placa de Petri”, disse Bongard ao Gizmodo. “Em um segundo artigo de março de 2021, mostramos que os xenobôs podem desenvolver pequenos pêlos chamados cílios em sua superfície externa. Eles vencem esses cílios para nadar, o que resulta em movimentos mais rápidos do que andar na água. Nós também mostramos que poderíamos fazer os bots 'Ver', 'lembrar', 'voltar' e 'dizer': os xenobots foram induzidos a brilhar em verde. ”
“Quando eles entram em contato com a luz azul, destinada a representar algo do interesse dos humanos em seu ambiente, eles mudam permanentemente para o vermelho brilhante”, acrescentou Bongard. “Contando os bots vermelhos no final da experiência, pudemos dizer quantos bots 'viram' a luz azul. Também mostramos que um enxame de xenobôs movendo-se aleatoriamente faria com que as pelotas em seu ambiente fossem empurradas em pilhas. Isso foi parte da inspiração para este trabalho atual ... Isso levou à ideia de substituir os pellets por células individuais, para ver o que aconteceria ”.
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replicação tic tem sido conhecida para ocorrer ao nível molecular, mas Bongard dito Gizmodo nunca foi observada ou acredita-se que ocorrem em organismos. De acordo com o estudo, os pesquisadores verificaram que os xenobôs, e não a “dinâmica dos fluidos e automontagem”, foram os responsáveis pela replicação após constatar que as células-tronco não se combinavam espontaneamente na ausência dos xenobôs.
No estudo, os pesquisadores escreveram que
a replicação cinemática e a auto-replicação espontânea dos xenobots podem ajudar a explicar as origens da vida na Terra. Eles escreveram que mais pesquisas poderiam avançar a hipótese do mundo amilóide, que “postula que os peptídeos de automontagem foram a primeira entidade molecular capaz de auto-replicação e, portanto, representariam o estágio mais inicial na evolução da vida, anterior até mesmo ao mundo do RNA. ” O estudo também pode contribuir para a compreensão de “como processos de autoamplificação podem surgir espontaneamente, de novas maneiras e em novas formas, em máquinas abióticas, celulares ou biohíbridas”, acrescentaram. Em seu site, a equipe especula que os xenobots podem contribuir para a compreensão da biologia celular e, eventualmente, levar a avanços na medicina regenerativa.
Não há realmente como dizer para que futuros xenobots podem ser usados, disse Bongard. “É impossível saber quais aplicações uma tecnologia em estágio inicial como os xenobots terá”, escreveu Bongard. “Tudo o que podemos fazer é considerar as vantagens que essa tecnologia tem sobre os robôs tradicionais, que são pequenos, biodegradáveis e felizes na água.”
“Isso significa que, com a regulamentação certa em vigor, eles podem operar em ambientes fechados: podem ser capazes de inspecionar raízes de plantas em fazendas verticais, facilitar a produção de carne cultivada ou reduzir o custo de produção de água doce em instalações de dessalinização”, Bongard disse.
Levin disse ao Gizmodo que possíveis aplicações para xenobots podem surgir em várias áreas. Um é "máquinas vivas sintéticas úteis e específicas (para fazer trabalho no corpo, in vitro para esculpir tecidos para transplantes, em instalações de produção / plantas, no ambiente, em exploração, etc.)", escreveu ele, enquanto outro é “Usando os xenobots como uma caixa de areia para aprender como convencer grupos de células a construir o que queremos que eles construam - uma vez que possamos fazer isso de forma confiável, seremos capazes de ter uma medicina regenerativa realmente transformadora para defeitos de nascença, câncer, traumáticos lesões, envelhecimento, etc. Todas essas situações podem ser resolvidas, uma vez que entendamos como estimular as células a usar sua capacidade coletiva de resolução de problemas para fazer os órgãos e tecidos que queremos que eles façam. ”
Levin acrescentou que os xenobots podem ajudar os cientistas a "entender e controlar melhor os objetivos e o comportamento de enxames de agentes ativos - neste caso, células, mas essas mesmas lições nos ajudarão a ter certeza de que a Internet das Coisas, a robótica de enxame e muitas outras tecnologias realmente têm resultados benéficos. ”
