Levende ‘robots’ lijken zich te reproduceren

Nieuwe reproductievorm

Stamcellen van een klauwkikkerfoetus (A) worden behandeld (B) en vormen vervolgens ‘Pac-~Mannetjes’ (C) waarna ze zichzelf spontaan repliceren (blauwe pijltjes)(afb: PNAS)

Kikkercellen blijken zich te ‘verzamelen’ tot iets dat op een organisme lijkt, dat zich ook nog eens blijkt te reproduceren en niet een keer. De computer en kunstmatige intelligentie schijnen in dit spel een belangrijke (doorslaggevende?) rol te hebben gespeeld.
Om te blijven bestaan moeten organismen zich kunnen reproduceren. Dat gebeurt op verschillende manieren, maar het resultaat is meestal een vers, nieuw organisme met min of meer dezelfde eigenschappen als het organisme waaruit het is voortgekomen. Nu hebben onderzoekers in de VS van, onder meer, Harvard die zich bezighouden met op het leven geïnspireerde technieken voor het eerst wat zij noemen xenobots gekweekt uitgaande van kikkercellen. Daarmee ontdekten ze een tot nu toe onbekende vorm van reproductie.
Die levende robots (xeno is overigens een Grieks voorvoegsel dat iets als ‘vreemd’ betekent) waren door een computer ontworpen en met de ‘hand’ opgebouwd. Uit het persbericht begrijp ik overigens dat die kikkercellen hun organismegenoten zelf uitzoeken en zich dan samenvoegen tot wat je een organisme zou kunnen noemen. Na een paar dagen hadden zich in de petriglaasjes nieuwe xenobots gevormd. Die kunnen weer nieuwe xenobots vormen, enzovoorts. “Met het juiste ontwerp repliceren ze vanzelf”, zegt Joshua Bongard, informaticus en robotdeskundige van de universiteit van Vermont.

De cellen die gebruikt zijn zouden bij de kikker (Xenopus laevis of klauwkikker) huidcellen zijn geworden (in het artikel staat dat het stamcellen van een kikkerfoetus waren). “Die zitten daar om ziekteverwekkers buiten te houden en het slijm te verdelen”, zegt Michael Levin, hoogleraar biologie aan de Tuftsuniversiteit. “We zetten ze in een andere omgeving en geven ze de kans om de meercelligheid anders in te vullen.”
Die nieuwe werkelijkheid lijkt niet op een kikkervel. “We hadden gedacht dat we alle manieren om te reproduceren wel kenden, maar dit hebben we nog niet eerder gezien”, zegt Douglas Blackiston van de Tuftsuniversiteit, weer een andere medeonderzoeker.

Verrassend

Volgens Levin gaat dit wel ver. “Deze cellen hebben het genoom van een kikker, maar nu ze geen kikker hoeven te worden gebruiken ze een gemeenschappelijke intelligentie, aanpassingsvermogen, om iets verrassends te doen.” In een eerder onderzoek konden de wetenschappers ervaren dat de xenobotjes in staat zijn op eenvoudige taken uit te voeren (vandaar dat achtervoegsel ‘bot’ van robot). Nu hebben ze dus gezien dat die bots in staat zijn om zich te reproduceren. “We hebben het volledige, onveranderde kikkergenoom, maar er was geen aanwijzing dat die konden samenwerken aan een nieuwe opdracht”, zegt Levin. De reproductie van de xenobotjes gebeurt heel anders dan dat kikkers het doen. Geen dier of plant doet dat op deze manier, voor zover bekend.

Zo’n xenobotje bestaat uit zo’n drieduizend cellen. Die vormen tezamen een bol. Die zouden ‘kinderen’ kunnen krijgen, maar daar blijft het dan bij. Het zou volgens de onderzoekers heel moeilijk zijn dat systeem zich steeds weer te laten reproduceren (=voortplanten). De onderzoekers gebruikten de Deep Green-supercomputer van de uni van Vermont in combinatie met kunstmatige intelligentie (een zogeheten evolutionair algoritme) om miljarden vormen uit te proberen: driehoeken, vierkanten, piramides, zeesterren enzovoort. Ze keken welke het best voldeed aan de op beweging gebaseerde (kinematische) replicatie die in recent onderzoek was gevonden. Pac-Man
“We vroegen de supercomputer van UVM (het rekencentrum van de uni van Vermont; as) om uit te zoeken hoe de vorm van de ouders moest zijn en na maanden kauwen kwam de computer met rare vormen, ook die op Pac-Man (figuur bekend van oud computerspelletje;as) leken”, zegt hoofdauteur Sam Kriegman. “Dat is niet erg intuïtief. Het ziet er simpel uit, maar dat zou een techneut nooit bedacht hebben. Waarom een mondje en niet vijf? We stuurden de resultaten naar Doug (-las Blackiston; as) en hij bouwde die Pac-Man-vormige xenobots. Deze ouders kregen kinderen, vervolgens kleinkinderen enzovoorts.” Kinematische replicatie is bekend op molecuulniveau, maar niet op celniveau.
Bongard: “Er blijkt een voorheen onbekende ruimte te zijn binnen organismen oflevende systemen. Die blijkt enorm. Hoe onderzoeken we die ruimte? We vonden xenobots die ‘lopen’, die zwemmen en nu zien we xenobots die kinematisch repliceren. Wat is er nog meer?”

Verontrustend? Fascinerend

Is dit resultaat nu verontrustend of alleen maar fascinerend of wat? De onderzoekers zeggen vooral nieuwsgierig te zijn. Bongard: “We willen de replicatie (=reproductie=voortplanting; as) begrijpen.” Van deze organismen in het lab zou geen enkel gevaar uit gaan. “Dit is een ideaal systeem om zelfreplicatie aan te bestuderen”, zegt hij.

De onderzoeker verwijst naar de coronacrisis. “De snelheid waarmee we oplossingen kunnen bedenken is wezenlijk. Als we dat kunnen door te leren van xenobots – waar we tegen de ki kunnen zeggen: we moeten iets hebben dat X en Y doet en Z onderdrukt – dan kan dat voordelen hebben. Nu is die weg nog erg lang.” Hij denkt dat die lering niet alleen geldt voor het bestrijden van virussen maar ook, bijvoorbeeld, voor het verwijderen van kunststof microdeeltjes uit de oceanen enzovoort.

De onderzoekers zien ook profijt van hun onderzoek op het gebied van regeneratieve geneeskunde (het kweken van weefsels en organen). Levin: “Als we tegen cellen kunnen zeggen wat ze moeten doen dan zou dat, uiteindelijk, een oplossing kunnen zijn voor geboortedefecten, kanker en veroudering. Al die problemen hebben te maken met ons gebrek aan kennis over wat groepen cellen zullen gaan doen. Xenobots vormen een nieuw platfortm om ons dat te leren.”

Bron: Science Daily

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.