Szkolna Gazeta Internetowa Liceum Ogolnoksztalcacego im. Mikolaja Kopernika w Tarnobrzegu

Żaba robotem?   

Dodano 2022-04-14, w dziale inne - archiwum

Roboty kojarzą się powszechnie z ciężkimi maszynami zbudowanymi głównie z metalu, tworzyw sztucznych, mnóstwa kabli i całej masy elektroniki. Te ostatnie skladniki zdają się odpowiadać za tchnięcie w te ociężałe maszyny „życia”. No właśnie, chociaż rodzajów robotów, ze względu na choćby budowę, jest całe mnóstwo, to żaden z nich nie jest przecież tak naprawdę „żywy”. Każdy przecież wie, że to jedynie programowalne narzędzia pracy, pozbawione cech organizmów żywych. Czy możliwe byłoby jednak wykorzystanie organizmu żywego jako robota? Na pierwszy rzut oka wydaje się to abstrakcyjne i niemożliwe, ale okazuje się, że niekoniecznie takie musi być. Przecież organizmy żywe to w pewnym sensie biologiczne maszyny. A zatem gdybyśmy umieli im nakazać, czyli zaprogramować je tak, by robiły to czego od nich oczekujemy, to chyba można byłoby mówić, że stały się robotami. Czy to jednak na obecnym etapie rozwoju biotechnologii możliwe? A nawet jeśli, to czy „żywe” roboty miałyby jakąkolwiek przewagę nad tymi elektronicznymi? Na te pytania postanowili poszukać odpowiedzi amerykańscy naukowcy, a to co udało im się odkryć może okazać się – jeśli już nie jest – naukowym przełomem.

Pomysły naukowców często na początku /pliki/zdjecia/xen1.jpgbrzmią trochę absurdalnie, ale wszyscy dobrze wiemy, że w każdym szaleństwie jest jakaś metoda. Nie inaczej jest i tym razem. Grupa czterech uczonych – dwóch biologów i dwóch programistów, reprezentujących dwie uczelnie: uniwersytet Vermontu i Tufts University (obie amerykańskie), zaprezentowała światu na początku 2020 roku swoje nowe odkrycie – xenoboty. Nazwa ta, choć brzmiała jak wyrwana z filmów fantasy, miała jednak swoje naukowe uzasadnienie, o którym za chwilę wam opowiem. Światło dzienne ujrzały wówczas ich badania nad konfigurowalnymi mini-robotami stworzonymi z komórek... żaby!

Plan naukowców był prosty. Postanowili stworzyć miniaturowe organizmy, zbudowane z komórek, które potrafiłyby, zachowując cechy organizmu żywego (przemieszczanie się czy samoregeneracja), spełniać rolę malutkich robotów zdolnych do wykonywania konkretnej pracy. Genezy tak szalonego pomysłu należałoby chyba doszukiwać się w historii badań naukowych Michael'a Levin'a – jednego z współprojektantów xenobotów. Już na długo przed oficjalnym zaprezentowaniem wyników badań wspomnianej powyżej grupy badaczy, naukowiec ten badał komunikację pojedynczych komórek za pomocą impulsów elektrycznych (jak zwykły to robić neurony) przy tworzeniu wielokomórkowych struktur. Z jego badań wynikało jednak, że choć wszystkie komórki faktycznie korzystają z takich impulsów, to „dzielą” się jednak zadaniami podczas tworzenia organizmu – inne komórki tworzyć będą skórę, a inne na przykład oczy. Bardziej naukowo można by rzec, że zajmował się badaniem morfogenezy organizmów. Wyniki jego badań nie przeszły bez echa. Można wręcz powiedzieć, że wywołały spore zamieszanie wśród przedstawicieli tej dziedziny wiedzy. Jego pracą zainteresowała się grupa trzech naukowców, których interesował podobny temat i zaprosili go do udziału w swoim projekcie dotyczącym opracowania miniaturowych automatów - xenobotów. Uczeni zdecydowali się wykorzystać zdobytą przez /pliki/zdjecia/xen2.jpgLevin'a wiedzę i połączyć ją z umiejętnościami programistycznymi Sam'a Kriegman'a i Josh'a Bongard'a i podjąć się stworzenia „żywych” robotów.

Naukowcy zauważyli, że komórki macierzyste (to takie komórki, które nie pełnią żadnej konkretnej roli, jednak mogą zamienić się w dany typ komórki, na przykład w komórkę mięśnia czy nabłonka, czyli ulec specjalizacji) budujące embrion pewnej afrykańskiej żaby o nazwie Xenopus laevis (stąd właśnie „xenoboty”) lub bardziej wdzięcznie brzmiącej polskiej nazwie platana szponiasta, mogą na wczesnym etapie rozwoju ulegać specjalizacji w komórki mięśni serca i skóry. Postanowili więc oni podjąć próbę stworzenia robota, który zamiast ze stali i plastiku będzie zbudowany z tych komórek. Jak miałoby to jednak funkcjonować? To proste. Zbite komórki skóry miały robić za „rusztowanie”, a ulegające regularnym napięciom komórki mięśni sercowych miały służyć jako motory napędowe tych mini-robotów. Zaczęli też poważnie zastanawiać się nad tym, jak taka „konstrukcja” powinna wyglądać, no jak by tu ją zbudować?

Wykorzystując superkomputery należące do uniwersytetu Vermont, dwóch programistów zespołu opracowało i wdrożyło program przeprowadzający symulacje doboru naturalnego. Komputer miał możliwość budowy mini-maszyn z dwóch typów sześcianów (które reprezentować miały komórki) – sztywnych i statycznych oraz giętkich i ruchliwych. Ich celem było opracowanie takiego kształtu oraz wymyślenie takiej technologii budowy robota, które umożliwią mu jak najlepsze wypełnianie narzuconej przez programistów funkcji – na przykład ruchu bądź też obracania się. Odpowiednio napisane algorytmy pozwoliły im wyłonić bardzo wąskie grono kandydatów, których AI uznało za najlepiej przystosowanych do wypełniania wyznaczonych im zewnętrznie zadań. Testowanie takiej symulacji organizmów żywych przez komputery nazywa się metodą in silico. Wówczas przyszedł czas na część trudniejszą – in vivo – czyli jak zbudować takie żyjątko? Tutaj przydała się wiedza i umiejętności biologów, będących członkami zespołu, czyli Douglas'a Blackiston'a i wspomnianego Michael'a Levin'a. Oszczędzając wam naukowych szczegółów, powiem tylko pokrótce, /pliki/zdjecia/xen3.jpg że brali oni jaja składane przez wspomnianą żabę, a następnie odseparowywali komórki mięśni sercowych od komórek skóry. Po zebraniu odpowiedniej ilości komórek, połączyli je ze sobą zgodnie ze wzorem podpowiedzianym im przez sztuczną inteligencję. Po umieszczeniu ich w odpowiednich warunkach komórki zrosły się ze sobą, tworząc kilkutysięcznokomórkową strukturę – jednostkę xenobota. Te mini-roboty potrafiły się poruszać, a przy tym wykazywały także cechy organizmu żywego (kiedy naukowcy przecinali je nożycami, regenerowały się w przeciągu kilku minut do swojej pierwotnej struktury). Niestety, komórki nie prowadziły aktywnego metabolizmu, w związku z czym długość ich życia wahała się w okolicach tygodnia. I poza pociesznym pływaniem w kółko i przesuwaniem we wszystkie strony rozsypanych wokół nich cząsteczek, nie robiły właściwie nic innego. Miały też inną sporą wadę. Ich przygotowanie było nie tylko długim ale i mało efektywnym procesem. Każdy xenobot był zupełnie inny, a to z powodu różnych czynników, które miały wpływ na jego powstanie. Pierwsza generacja tych mini-robotów uświadomiła jednak naukowcom również pewne ich zalety, z których najważniejszą była ich całkowita biodegradowalność. Kiedy umierały, zwyczajnie wracały do cyklu przyrody, nie pozostawiając resztek ani odpadów. To coś, co dawało im przewagę nad nie tylko kosztownymi, ale i bardzo odpadotwórczymi maszynami przemysłowymi z metalu, plastiku i tworzyw sztucznych.

Pierwsze próby stworzenia xenobota może nie była zbyt udane, ale obiecujące, dlatego naukowcy nie zniechęcili się i nie poprzestali na pierwszych próbach i postanowili podjąć kolejne próby ich stworzenia, ale nową metodą. Tym razem „wlewali” oni zgromadzone wcześniej komórki skóry do odpowiedniego medium i pozwalali zrastać się małym grupkom komórek w większe struktury (bez żadnej zewnętrznej ingerencji). Oznaczało to naturalnie rezygnację z wzorów wytworzonych przez sztuczną inteligencję na rzecz obserwacji naturalnego przystosowania. Okazało się, że powstające /pliki/zdjecia/xen4.jpgw ten sposób xenoboty różniły się nieco w budowie i zachowaniu od swoich poprzedników, a to za sprawą dwóch dość rewolucyjnych zjawisk. Po pierwsze, nowe xenoboty obrosły rzęskami, których te małe żyjątka używały do tego, by przyspieszyć swoje poruszanie się. Może nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyż w genomie Xenopus laevis istotnie zapisany jest gen kodujący powstawanie takich rzęsek, ale w organizmach tych żab pojawiają się one w drogach śluzowych i służą do przesuwania śluzu. Zdaniem naukowców oznaczało to, że xenoboty dokonały adaptacji do środowiska i zmieniły funkcję produkowanych rzęsek na swoją korzyść. Potwierdzały to zresztą znacznie wcześniejsze badania Levin'a, który zauważył, że za morfogenezę organizmów odpowiada nie tylko DNA, ale i międzykomórkowy kontakt bioelektryczny. Drugim zaskoczeniem dla naukowców okazała się też zaobserwowana przez nich zdolność do... rozmnażania się! Otóż powstałe już xenoboty, pływając wokół siebie, spychały niewykorzystane komórki macierzyste w większe „kupki”, które potrafiły się zrastać i same rozpoczynały swój żywot jako nowy xenobot! To sposób rozmnażania, jaki nie występuje w naturze. Naukowcy zdecydowali się nawet nazwać je rozmnażaniem „kinetycznym”.

Zachęceni zdumiewającymi wynikami swoich badań naukowcy postanowili kontynuować swoją pracę nad xenobotami. Ich kolejny krok polegał na uzbrojeniu xenobotów w coś w rodzaju pamięci. Już na etapie żabich jaj wstrzykiwali oni w komórki RNA kodujące białko fluorescencyjne, takie samo, jakie produkują niektóre organizmy raf koralowych. W warunkach naturalnych białko świeci na zielono, jednak gdy tak potraktować je światłem o odpowiedniej częstotliwości, zmienia ono swą barwę na czerwony. Po testach naukowcy potwierdzili, że tylko xenoboty potraktowane okreslonym światłem emitują poświatę barwy czerwonej; są więc w stanie je odróżnić od tych pozostawionych w normalnych warunkach. Ponadto uczeni mają w planach jeszcze bardziej dozbroić te mini-roboty. Chcą teraz rozwinąć w nich układ nerwowy oraz narządy służące do reprodukcji.

Badania prowadzone nad xenobotami przez grupę amerykańskich naukowców trwają i z pewnością nie jednym nas jeszcze wspomniani uczeni zaskoczą. Są bardzo zdeterminowani, /pliki/zdjecia/xen5.jpg gdyż ich zdaniem rola xenobotów w naszym życiu może być naprawdę istotna. Żyjątka te mogły by pomóc w różnych dziedzinach ludzkiej działalności, np. przy oczyszczaniu oceanów z plastiku, wykrywanie odpadów promieniotwórczych, w rozprowadzanie leków po organizmie, czy oczyszczaniu płuc z obecnych w nich zanieczyszczeń. Warto również pamiętać, że xenoboty są naturalne i ulegają biodegradacji, co stanowi ich olbrzymią przewagę nad sztucznymi preparatami i urządzeniami. Na dzień dzisiejszy, to jednak pieśń przyszłości, ale naukowcy wydają się nie tracić zapału do pracy. Pojawiają się jednak głosy przeciwne takim badaniom. Niektórzy zadają pytanie, czy tworzenie sztucznego życia jest w ogóle etyczne? Sam też mam wątpliwości, bo choć dzisiejsze xenoboty są raczej akceptowane przez środowiska naukowe, to ambicje ich autorów mogą trochę napawać niepokojem. Biorąc pod uwagę fakt, że im bardziej będzie to kompleksowy twór, tym większa istnieje szansa, że może wymknąć się spod kontroli. Mam jednak wrażenie, że naukowcy odpowiedzialni za ten projekt zdają się być świadomi tych zagrożeń i zachęcają wszystkich do dyskusji na temat ich dzieła. Czas pokaże, czy xenoboty będą odkryciem dekady, czy spłoną w ogniu krytyki? Być może w efekcie dyskusji może dojść do spowolnienia realizacji tego projektu, ale to nawet lepiej, bo moim zdaniem warto być szczególnie ostrożnym, gdy próbuje się zaingerować technologicznie w świat przyrody.

Grafika:

Oceń tekst
  • Średnia ocen 5.5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
Średnia ocena: 5.5 /4 wszystkich

Komentarze [1]

~Brudny
2022-04-18 17:02

Bardzo ciekawy artykuł. Technologia idzie do przodu w niesamowitym tempie. Kto wie, do czego w przyszłości doprowadzi nas ten postęp? Jedno jest pewne – jego potencjał jest ogromny, a efekt zależy przede wszystkim od sposobu wykorzystania przez człowieka.

  • 1

Dodaj komentarz

Możesz używać składni Textile Lite

Aby wysłać formularz, kliknij na słonia (zabezpieczenie przeciw botom)

Najaktywniejsi dziennikarze

Luna 83luna
Kira 70kira
Komso 15komso

Wspierają nas:


Ian Boon Talk Easy
TFS Leonardo
OSK Dobra Szkoła

Ilość osób aktualnie czytających Lessera

Znalazłeś błąd? - poinformuj nas o tym!
Copyright © Webmastering LO Tarnobrzeg 2018
Do góry