Rozwój technologii w ostatnich latach nabrał prawdziwego tempa, oferując coraz to nowsze rozwiązania w niemal każdej dziedzinie życia. Jedną z niedawno opracowanych nowości są ksenoboty, czyli żywe roboty stworzone z komórek żab. Brzmi abstrakcyjnie? To dopiero początek.
Rozwój biotechnologii na przestrzeni lat, czyli skąd wzięły się ksenoboty
Biotechnologia to dziedzina, która łączy zagadnienia z zakresu technologii, matematyki oraz szeroko pojętej biologii. W ostatnich latach można było dostrzec ogromny rozwój tego kierunku, czego efektem jest wiele przełomowych odkryć i projektów. Choć to stosunkowo młoda dziedzina, już teraz jest uznawana za jedną z najważniejszych nauk XXI wieku. Często można spotkać się także z opinią, że to świetny wybór w kwestii kształcenia się.
Słowo „biotechnologia” po raz pierwszy pojawiło się w 1917 roku. Zostało wtedy użyte w kontekście opisu procesów, które zachodziły podczas tworzenia produktów z wykorzystaniem organizmów żywych. Tak naprawdę rozwój tej dziedziny rozpoczął się jednak znacznie wcześniej. Ludzie niemal od początku historii wytwarzają chleb, wino czy piwo; udomawiają zwierzęta i uprawiają rośliny. Wszystko to jest właśnie formą biotechnologii – wykorzystaniem procesów biologicznych na skalę przemysłową.
Obecne metody pozwalają na osiągnięcie naprawdę niesamowitych wyników. Do licznych możliwości biotechnologii należy między innymi uzyskanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie, czyli GMO. Ich genomy zmienia się za pomocą zaawansowanych technik inżynierii genetycznej w celu uzyskania określonych cech fizjologicznych. Innym przykładem jest projektowanie roślin i zwierząt transgenicznych, które są w stanie wyprodukować pożądane związki chemiczne. Nowoczesna biotechnologia otwiera drzwi na wiele przełomowych rozwiązań, które mogą przyczynić się do usprawnienia procesów przemysłowych, medycznych oraz technologicznych.
Inżynieria genetyczna a etyka badań naukowych
Rozwój inżynierii genetycznej budzi wiele kontrowersji. Wielu ludzi obawia się tak odważnych działań ze strony naukowców i podaje w wątpliwość etykę prowadzonych badań. Obawy te są w pełni zrozumiałe – ludzie zawsze odczuwali strach przed tym, co nieznane lub sprzeczne z naturą. Największy problem wiąże się z kwestią poznania. Modyfikacje genetyczne, podobnie jak rozwój sztucznej inteligencji, rodzi wiele pytań dotyczących ingerencji w systemy, których nie rozumiemy jeszcze w stu procentach. Efektem takich działań może być wiele nieoczekiwanych konsekwencji – nic więc dziwnego, że społeczeństwo zwyczajnie się tego obawia.
To jednak nie zatrzymuje naukowców, którzy na podstawie licznych badań i projektów starają się zrozumieć naturalne mechanizmy i wykorzystać potencjał otaczającej nas przyrody. W ostatnich latach bardzo głośno zrobiło się o tak zwanych ksenobotach, czyli żywych robotach z komórek żab. Biotechnologia zdążyła już znacznie wykroczyć poza tematy takie jak GMO, które jeszcze niedawno wydawały się bardzo zaawansowane. Kolejne lata badań przyniosą nam zapewne kolejne fascynujące odkrycia – teraz jednak skupmy się na żywych, żabich robotach.
Wykorzystanie żab w technice – czym są ksenoboty?
Roboty najczęściej kojarzą nam się ze skomplikowanymi maszynami stworzonymi z myślą o wykonywaniu konkretnych zadań. Do czego jednak mają służyć żywe roboty opracowane przez naukowców z University of Vermont? Dla wielu osób temat ten może przypominać scenariusz z filmu science fiction, a nie rzeczywistość. To jednak dzieje się naprawdę i z dużym prawdopodobieństwem w niedalekiej przyszłości będziemy świadkami wykorzystania w praktyce tych żywych tworów.
Ksenoboty, bo tak nazywane są roboty stworzone przez amerykańskich naukowców, to maszyny wykonane z materiałów biologicznych, a dokładniej z komórek macierzystych żab. Wszystkie badania, które doprowadziły do urzeczywistnienia tego projektu, zostały sfinansowane przez DARPA – amerykańską Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności. To organizacja, która przeznacza ogromne środki finansowe na badania i projekty naukowe, które pierwotnie znajdują zastosowanie w wojsku, a potem w przestrzeni cywilnej.
Opracowanie pierwszych żywych robotów było zadaniem bardzo wymagającym i czasochłonnym. Zespół w pierwszej kolejności skoncentrował się na wprowadzeniu informacji o biofizycznych właściwościach pojedynczych komórek skóry i mięśnia sercowego żaby do skomplikowanego algorytmu, którego celem było symulowanie działania darwinowskiej ewolucji. W kolejnym etapie badań algorytm sam „uczył się” na podstawie wprowadzonych danych. Cały ten proces odbywał się za pośrednictwem superkomputerów Deep Green znajdujących się na University of Vermont. Algorytm przez miesiące swojej pracy wybierał twory najlepiej odpowiadające założeniom projektantów, aby następnie wcielić je w życie. Embriony pobrane od żaby zostały złożone na podstawie projektu opracowanego przez komputery. Do tego celu wykorzystano niewielkie szczypce i elektrody, za pomocą których pod mikroskopem zmieniono ułożenie komórek.
Jak wyglądają ksenoboty? Budowa żabich robotów
Opracowane roboty swoją strukturą nie przypominały niczego, co dotychczas udało się stworzyć. Wykorzystane komórki skóry oraz mięśnia sercowego odgrywały kluczową rolę w funkcjonowaniu żywych tworów. Komórki skóry stanowiły szkielet, natomiast komórki mięśnia sercowego, ze względu na swoją specyfikę, odpowiadały za ruch. Część z robotów ma charakterystyczną dziurkę w środku. Celem użycia tego elementu było zmniejszenie oporu cieczy, w której się poruszały, a ponadto możliwość wsadzenia czegoś do środka na kolejnym etapie badań.
Komórki wykorzystane do opracowania biologicznych robotów pobrano od afrykańskiej żaby szponiastej (Xenopus laevis). To właśnie na podstawie łacińskiej nazwy powstało określenie „ksenobot”. Co ciekawe, słowo ksenós oznacza po grecku obcy, choć niegdyś oznaczało również gościa. W kontekście projektu amerykańskich naukowców nazwa ksenobot jest więc wyjątkowo adekwatna. Taki termin doskonale oddaje charakter całkowicie nowych tworów, które mogą zagościć w naszym życiu.
Ksenoboty – zastosowanie
Biologiczne roboty oferują naprawdę sporo możliwości. W przyszłości będą mogły być wykorzystane w różnych dziedzinach naszego życia, przyczyniając się do usprawnienia wielu procesów. Naukowcy jednak największy nacisk kładą na wykorzystanie ksenobotów w medycynie i ochronie środowiska. To ich podstawowe założenie, którym kierowali się podczas projektowania robotów.
Ksenoboty będą mogły być zaprogramowane między innymi do następujących zadań:
- rozprowadzanie leków w organizmie,
- wykrywanie radioaktywnych zanieczyszczeń,
- kontrolowanie jakości powietrza,
- oczyszczanie mórz i oceanów z toksycznych śmieci.
Na podstawie symulacji przeprowadzonych na komputerach Deep Green udało się wyodrębnić kilka tysięcy modeli nowych organizmów, których wewnętrzna struktura odpowiadała konkretnym zastosowaniom. Ksenoboty żyją w słodkich wodach, a zakres temperatur odpowiedni do ich funkcjonowania wynosi od 4 do 26 stopni Celsjusza. Twory te nie mogą się rozmnażać, ale istnieją sposoby, aby wydłużyć ich życie. Jednym z nich jest umieszczenie żywych robotów w bogatej w składniki odżywcze kulturze komórkowej.
Żywe roboty i ich zdolność do autoregeneracji
Opracowanie ksenobotów to niebywale zaawansowane przedsięwzięcie, które wymagało ogromnej wiedzy projektantów. Nie bez znaczenia jest także potencjał wyspecjalizowanych urządzeń o niesamowitej mocy obliczeniowej. Aby żywe roboty mogły być realnie wykorzystywane w przyszłości, muszą być one dopracowane pod każdym względem. Trzeba przyznać, że naukowcy z Vermont doskonale poradzili sobie z tym zadaniem. Ksenoboty są w stanie nawet samodzielnie się regenerować, co bez wątpienia jest ogromną przewagą nad dotychczas znanymi robotami budowanych z metalu i tworzyw sztucznych. Fakt, że ksenoboty tworzone są z materiałów naturalnych, ma także dodatkowy pozytywny aspekt. Są one całkowicie biodegradowalne, a tym samym nie przyczynią się do zatruwania naszej planety.
Ksenoboty – czy jest czego się obawiać?
Eksperymenty z żywymi robotami budzą zarówno fascynację, jak i niemałe kontrowersje. Pomimo wielu prawdopodobnych korzyści, których będziemy mogli doświadczyć w przyszłości, wielu ludzi przeciwstawia je z nieetyczną ingerencją w to, co naturalne. To tak zwana zabawa w Boga, która dla sporej części osób jest czymś bardzo nieodpowiednim. Pojawiają się także obawy dotyczące zagrożeń kryjących się za tak innowacyjnymi rozwiązaniami. Wykorzystanie komórek od żywego stworzenia, implementacja algorytmów ewolucyjnych, modyfikacja biologiczna – wszystko to rodzi wiele pytań, nad którymi czasami warto dłużej się zastanowić. Miejmy jednak nadzieję, że praca naukowców z Vermont mimo wszystko przyczyni się do poznania i lepszego zrozumienia otaczającego nas świata oraz prawami, które nim rządzą.
Robotyka, biologia i medycyna w jednym
W składzie zespołu projektującego ksenoboty znaleźli się mikrochirurg Douglas Blackiston, ekspert w dziedzinie sztucznej inteligencji Sam Kriegman, profesor biologii na Tufts University Michael Levin oraz profesor informatyki z University of Vermont Josh Bongard. Projektanci podkreślają, że ksenoboty są organizmy o ogromnym potencjale, które łączą w sobie zagadnienia z pogranicza robotyki, biologii i medycyny. Według ekspertów projekt ksenobotów pozwoli w przyszłości naprawiać wady wrodzone, przeprogramować guzy na zdrową tkankę, regenerować ją po urazach, a nawet przeciwdziałać starzeniu się organizmów.
