Vida artificial

El campo de la Vida Artificial tiene como objetivo estudiar la vida como podría ser.^{1, 2} Una definición de la vida se basa en la autopoiesis o la creación de uno mismo.^{3, 4} Los organismos vivos, como los humanos, descomponen y reconstruyen continuamente proteínas, orgánulos subcelulares, células y tejidos en sus cuerpos, a diferencia de cualquier máquina. Las células y los organismos hacen esta autoformación dentro de sí mismos. Es una propiedad emergente que no se puede predecir basándose únicamente en las propiedades de los componentes individuales. Además, todos los sistemas vivos se reproducen o perpetúan por crecimiento en o sobre el cuerpo, seguido de división, brotación o nacimiento.⁵

Por el contrario, los orgánulos subcelulares se replican sin crecimiento interno. En cambio, ensamblan material en su entorno externo (pero aún dentro de la célula) para hacer copias funcionales. Antes de 2021, tal replicación cinemática nunca se había observado en niveles más altos de organización biológica, ni se sabía si los sistemas multicelulares eran capaces de hacerlo. En 2021, científicos de EE. UU. cambiaron esto. Publicaron un informe de ensamblajes de células del corazón y de la piel que se replicaron cinemáticamente. Fueron hechos a partir de células madre de la rana con garras africana Xenopus laevis. Por eso, se les conoce como xenobots. Movieron y comprimieron células disociadas en su entorno para hacer copias funcionales de sí mismos. Este comportamiento surgió espontáneamente durante días en lugar de evolucionar durante milenios. En este estudio, los métodos basados en inteligencia artificial diseñaron ensamblajes que se replicaron y realizaron un trabajo útil como efecto secundario de la replicación. Aun así, los autores llamaron a estos organismos y máquinas reconfigurables.⁵ La teoría de la autopoiesis considera que los organismos vivos no son máquinas y no consideraría a los xenobots como una forma de vida. Sin embargo, los xenobots se han descrito como robots vivos y una forma de vida.⁶ Otros los han descrito como protoorganismos autónomos autopropulsados que tienen algunas de las propiedades de los organismos vivos, pero no todas ellas (como la autopoiesis).⁷ Los xenobots pueden tener un gran valor. Pueden llegar a ser capaces de limpiar los océanos contaminados mediante la recolección de microplásticos. Además, pueden usarse para ingresar a áreas confinadas o peligrosas para eliminar toxinas o materiales radiactivos. Los xenobots también podrían diseñarse con bolsas cuidadosamente formadas para transportar medicamentos a los órganos objetivo en los cuerpos humanos.⁷ También podrían eliminar las células madre cancerosas antes de que se conviertan en células cancerosas maduras y tumores.⁸ Miden menos de 1 mm de largo y están formados por 500-1000 células vivas. Pueden impulsarse, unirse para actuar colectivamente y mover objetos pequeños.⁹ Usando su propia energía celular, pueden vivir hasta 10 días.

Se utilizó inteligencia artificial y una supercomputadora para probar miles de diseños aleatorios de seres vivos simples que podían realizar tareas seleccionadas.^{5, 10} Después de seleccionar los diseños más prometedores, los modelos virtuales se reemplazaron con piel de rana o células de corazón, que se ensamblaron manualmente. Las células del corazón permitieron que las asambleas se contrajeran y relajaran, dando movimiento a los xenobots. Las células se recolectaron de embriones en la etapa de blástula, cuando en su mayoría conservan la capacidad de crecer en cualquier tipo de tejido del cuerpo. Luego, las funciones seleccionadas se integraron en el diseño mediante el uso de tipos de células que habían comenzado a diferenciarse en un tejido objetivo. Las células epiteliales y cardíacas se cultivaron por separado. Luego, se combinaron para que pudieran agregarse en una sola masa. La disposición específica de las celdas se decidió mediante el uso de un algoritmo evolutivo en simulaciones que buscaban las geometrías que funcionaban mejor en la tarea deseada. Por ejemplo, un xenobot de dos patas con células contráctiles en su mitad inferior pudo moverse en una dirección no aleatoria sobre una superficie. Los diseños se optimizaron por iteración, utilizando las estructuras de mejor rendimiento como entrada para más rondas de pruebas. Las estructuras móviles también tenían comportamientos emergentes. Por ejemplo, podrían unirse u orbitar temporalmente entre sí cuando chocaran. Algunos de los diseños incluían características inesperadas que podrían tener nuevos usos. Un xenobot desarrolló un agujero durante la etapa de diseño que redujo la resistencia hidrodinámica y podría funcionar como una cavidad para almacenar y transportar objetos.¹⁰

Entonces, ya sea que se llamen organismos o no, los xenobots ofrecen muchas posibilidades emocionantes para mejorar la salud humana y ayudar a limpiar el medio ambiente. Aun así, los biólogos podrían comenzar a preguntarse si la autopoiesis (la creación de uno mismo) tiene que ocurrir dentro de un sistema para que se considere que está vivo. ¿Puede ocurrir la autopoiesis fuera del organismo?