Ksenoboti – nova životna forma

Pre samo tridesetak godina, „pametni” telefoni i bežične slušalice bili su nezamislivi pojmovi, sve dok nisu postali deo svakodnevnog života. Napredak tehnologije imao je snažan uticaj i na razvoj naučnih metoda, što je dovelo do mnogih neočekivanih otkrića, pobijanja starih uverenja, i otvaranja vrata novim istraživanjima. Jedno od njih uvelo je u naučni svet ksenobote — prve žive samoreplikujuće robote.

Živi roboti — od ideje do realizacije

U januaru 2020. godine, grupa naučnika sa Univerziteta u Vermontu i Tafts Univerziteta u saveznoj državi Masačusets dizajnirala je prve žive robote. Kako je ova procedura izgledala?

Metoda je obuhvatala informatičku i laboratorijsku fazu. U informatičkoj fazi glavnu ulogu imao je superkompjuter — neverovatna mašina koja najvećom mogućom brzinom ispunjava širok spektar različitih zadataka. Upravo takva sprava korišćena je prilikom dizajniranja ksenobota. Pomoću specijalnih algoritama, superračunar je iznova i iznova projektovao veliki broj mogućih oblika koje bi ćelije iz simulacije mogle da zauzmu. Pri tome, pošto se od početka znalo da će u kasnijem radu u laboratoriji biti korišćene ćelije srca i kože embriona žabe, računarski deo posla bio je vođen osnovnim biofizičkim zakonima takvih ćelija. Nakon što mu je dat određeni zadatak koji njegova virtuelna kreacija treba da ispuni, program je vršio selekciju. Zadate funkcije bile su kretanje, manipulacija objektima, transport objekata i kolektivno ponašanje. Sistem je otklanjao forme koje taj zadatak nisu mogle da ostvare, a uspešne je zadržavao i na taj način birao one koji su bili najpogodniji za dalje testiranje. 

Dizajn superkompjutera (levo) i formiran ksenobot (desno); zelenom su obojene ćelije kože, a crvenom srčane ćelije uzete iz embriona Xenopus laevis (Izvor slike:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/A_xenobot_in_simulation_and_reality.png/1200px-A_xenobot_in_simulation_and_reality.png)

Posle višemesečnog rada superkompjutera, odabrane su najbolje ponuđene forme i proces je nastavljen u laboratoriji. Iz embriona afričke vrste žabe Xenopus laevis (otuda naziv ksenoboti) na stadijumu blastule izdvajane su pojedinačne ćelije kože i srčanog mišića, koje su zatim inkubirane. Svaka od njih je oblikovana, a potom su udruživane u forme slične dizajniranim u prvom delu istraživanja. Tako je od više stotina ćelija nastao potpuno novi živi sistem. Ćelije kože pružaju potporu, a ćelije koje su u embrionu žabe imale ulogu srca, svojim kontrahovanjem su ksenobotu dale mogućnost samostalnog kretanja koje ima određeni pravac u medijumu. Na ovaj način otkrivena je vrlo specifična živa forma, potpuno različita od oblika života (tj. žabe) za koji su korišćene ćelije predodređene svojim genetičkim materijalom. Zbog navedenih eksperimenata sada se postavljaju nova pitanja koja bi mogla promeniti pogled na trenutna uverenja o razviću organizama.

Iznenađujuće otkriće 

Dvogodišnji rad sa ksenobotima iznedrio je fascinantno saznanje — ovi roboti razmnožavaju se na vrlo sprecifičan način, do sada neviđen kod biljaka i životinja. Naime, uočeno je da ksenoboti „roditelji’’, plivajući u medijumu u kojem se nalaze, spontano prikupljaju i organizuju stotine pojedinačnih ćelija formirajući novog robota. Taj „potomak’’ nakon nekoliko dana poprima oblik svog roditelja i ponaša se isto kao on — kreće se i formira nove „bebe’’ ksenobote. Međutim, pokazalo se da ovaj proces nije postojan, jer ubrzo po ostavljanju potomstva (najviše 2 generacije) dolazi do raspadanja čitavog sistema. 

Nakon ovog otkrića, naučnici su se vratili superkompjuteru i zadali mu novi zadatak. Sada su želeli da dobiju formu ksenobota koja će biti najpogodnija za ostavljanje većeg broja generacija. Jedan od nekoliko oblika koje im je superračunar ponudio podsećao je na virtuelnu figuru „Pac-Man’’ iz istoimene japanske igrice. Kao što u toj igri robot otvara usta i jede „tačkice’’ na ekranu, tako i ksenobot „ustima’’ sakuplja stotine okolnih ćelija koje nakon određenog vremena formiraju skupove i zauzimaju isti „Pac – Man’’ oblik. Potomci dalje mogu dati sledeću generaciju (unuke originalnih ksenobota), a ta nova pokolenja ostavljaju još mladih ksenobota i na specifičan način produžavaju svoju „vrstu’’.

„Pac – Man’’ oblik ksenobota Izvor slike(https://i3.wp.com/img-mm.manoramaonline.com/content/dam/mm/mo/technology/science/images/2021/12/4/xenobots.jpg)

Budućnost

Pored toga što preti da uzdrma temelje biologije razvića, koncept prvih živih samoreplikujućih robota mogao bi imati velikog uticaja na terapije lečenja brojnih bolesti sa kojima savremeni čovek još uvek nije uspeo da se izbori. 

S obzirom na to da ksenoboti rade na osnovu određenog programa, postoji teorijska mogućnost da se programiraju za prepoznavanje i uklanjanje određenih ćelija, grupacija ćelija ili molekula. Iako je verovatno potrebno mnogo vremena kako bi se došlo do tako visokog stadijuma manipulisanja ovim kreacijama, u ovakvoj mogućnosti leže potencijalna rešenja za kontrolu starenja, izlečenje karcinoma i određenih urođenih bolesti, pa čak i dostavu lekova do ciljnih organa čoveka. Takođe, njihova primena mogla bi se naći i u globalnom problemu zagađenja mikroplastikom, gde imaju veliku prednost jer su i sami biorazgradivi.

Važno je napomenuti da ksenoboti nisu klasični roboti, ne odgovaraju nijednoj nama poznatoj životinjskoj vrsti niti predstavljaju genetički modifikovane organizme. Još uvek se vodi polemika oko toga gde ih tačno svrstati, ali jedno je sigurno —  dalja ispitivanja ovih malih živih organizama koji se mogu programirati doneće rezultate i rešenja od izuzetnog značaja za našu budućnost.

Literatura:

• Kriegman, Sam, et al. “Kinematic Self-Replication in Reconfigurable Organisms.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 118, no. 49, 2021, https://doi.org/10.1073/pnas.2112672118.
• Kriegman, Sam, et al. “A Scalable Pipeline for Designing Reconfigurable Organisms.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 117, no. 4, 2020, pp. 1853–1859., https://doi.org/10.1073/pnas.1910837117.

•  

• https://scitechdaily.com/xenobots-scientists-build-the-first-ever-living-robots-that-can-reproduce/