Con ayuda de inteligencia artificial, los investigadores produjeron xenobots con forma de Pacman, con muescas que parecen bocas.
DOUGLAS BLACKISTON / SAM KRIEGMAN
Las motas naranjas que rebotan podrían se palomitas de maíz (pochoclos, cabritas o crispetas son algunos de sus muchos nombres en español) que bailan en un plato caliente.
Pero hay algo extraño en la forma en que se mueven. Los granos individuales giran en círculos cerrados. Las parejas bailan un lento pas de deux. Un grupo hace una rotación completa en el sentido contrario a las agujas del reloj antes de dispersarse. Cada colisión desencadena un nuevo movimiento.
Lo que parecen granos individuales en este breve video son, de hecho, un enjambre de "xenobots" microscópicos: pequeños robots vivos, ensamblados a partir de células de rana.
Si bien los robots vivos pueden parecer un concepto extraño, de hecho, los primeros robots estaban hechos de carne, no de metal.
La palabra fue acuñada en 1921, en una obra de teatro del dramaturgo checo Karel Ĉapek.
R.U.R. (Robots Universales Rossum) fue un experimento mental del estilo del Frankenstein de Mary Shelley, sobre el deseo de un científico de crear personas artificiales.
"La naturaleza ha encontrado solo un método para organizar la materia viva", declara Rossum, el científico en cuestión.
"Hay, sin embargo, otro método, más simple, flexible y rápido que aún no se le ha ocurrido a la naturaleza".
Los primeros robots estaban hechos de carne, no de metal. En el siglo siguiente, sin embargo, los robots se desarrollaron como cosas de acero y alambre, en lugar de tejido vivo.
"Imagínalo sentado mirando un tubo de ensayo y pensando cómo todo el árbol de la vida crecería de él", dice otro personaje.
En el siglo siguiente, sin embargo, los robots se desarrollaron como cosas de acero y alambre, en lugar de tejido vivo.
"La ingeniería se movió más rápido que la biología", dice Douglas Blackiston, biólogo de la Universidad de Tufts, en Estados Unidos.
Pero la biología se está poniendo al día rápidamente. Blackiston forma parte de un equipo de científicos que diseña "xenobots": diminutos robots vivientes, minuciosamente construidos a partir de tejido obtenido de Xenopus laevis, la rana con garras africana.
Flexibilidad
Los primeros xenobots se dieron a conocer al mundo a principios de 2020: minúsculos cubos formados por células de la piel y propulsados por dos piernas rechonchas hechas de músculo cardíaco.
Los robots vivientes creados por científicos de la Universidad de Tufts desarrollaron características corporales únicas, como cilios similares a pelos para ayudarlos a moverse (Crédito: Douglas Blackiston/Sam Kriegman)
Fueron diseñados por un algoritmo informático y construidos a mano por investigadores con el objetivo de hacer caminar a los xenobots.
Estos autómatas orgánicos también podrían trabajar juntos para mover partículas alrededor de su entorno y, a diferencia de los robots mecánicos, se curan a sí mismos cuando se lesionan.
Pero si la idea de los robots orgánicos no era lo suficientemente extraña, las cosas se pusieron realmente raras con la generación siguiente.
"Si tomo todas las partes de tu automóvil y las engancho al azar, uno esperaría que quede mal", dice Blackiston.
"Pero resulta que la biología tiene mucha más flexibilidad que eso". Los Xenobots 2.0 se formaron a partir de células madre extraídas de embriones de rana y se les permitió desarrollarse sin depender del algoritmo.
Independientemente, las células comenzaron a desarrollar planes corporales completamente nuevos.
Cilios móviles parecidos a cabellos crecían por toda su superficie, una característica que generalmente se encuentra en los pulmones, pero estos cilios eran como extremidades, agitándose rápidamente para permitir que el xenobot nadase en su entorno.
En este video, un xenobot navega por un laberinto en forma de pretzel sin tocar los lados.
En lugar de construir un renacuajo, las células madre respondieron a las condiciones únicas del entorno del laboratorio para construir cuerpos totalmente diferentes a sus orígenes anfibios.
Se autoensamblaron espontáneamente, saltando (por así decirlo) la evolución.
Con ayuda de IA
Buscando una manera de mejorar aún más el rendimiento de los xenobots, Blackiston y su equipo le pidieron a la inteligencia artificial (IA) que presentara un diseño mejorado.
El modelo de IA produjo xenobots con forma de Pacman con muescas que parecen bocas.
El tiempo evolutivo, al menos para organismos más grandes y complejos, puede ser lento.
Esta tercera generación tuvo una sorpresa más: al reunir cientos de células madre en sus "bocas" pudieron moldear nuevos xenobots (como se muestra en la imagen en la parte superior de esta página).
En otras palabras, habían desarrollado una forma completamente nueva de reproducirse, diferente a todo lo visto en otras partes de la naturaleza.
Las generaciones futuras podrían desarrollarse diseñando los entornos con los que interactúan.
"Ahora que estamos entendiendo las entradas del sistema", dice Blackiston, "estamos analizando cómo podemos hacer que el entorno ayude a dar forma a los diseños: señales químicas, entornos pegajosos, compresión, etc.".
Los xenobots son "un organismo imperfecto", dice. Aunque cumplen con la mayoría de los criterios de los sistemas vivos, su reproducción implica hacer "autocopias funcionales": ensamblar nuevas versiones que se vean y se comporten de la misma manera pero que no sean idénticas.
Aún así, la creación de xenobots podría considerarse un microcosmos de algo que sucede mucho más ampliamente en todo el mundo a medida que los organismos responden creativamente a las presiones que les imponemos.
El impacto humano
Todos los seres vivos están en constante negociación con su entorno y es esta interacción la que impulsa la evolución.
Pero como los humanos ahora dominan casi todos los entornos de la Tierra de una forma u otra, un nuevo factor ha entrado en la ecuación evolutiva: nosotros.
Los humanos han dado forma a los cuerpos de otras criaturas al menos desde que los perros fueron domesticados hace unos 30.000 años.
La urbanización es uno de los factores que pone presión sobre la evolución.
Pero la combinación de agricultura industrializada, especies introducidas, urbanización, contaminación y cambio climático está creando presiones selectivas sin precedentes. Nos hemos convertido en la mayor fuerza evolutiva del mundo.
El tiempo evolutivo, al menos para organismos más grandes y complejos, puede ser lento.
Esto hace que muchos animales sean incapaces de adaptarse lo suficientemente rápido para hacer frente a un planeta dominado por humanos, con una extinción actualmente hasta 1000 veces mayor que la tasa a la que se podría esperar que desaparezcan las especies sin la interferencia humana.
Pero también es posible un cambio rápido, a través de una plasticidad genómica incorporada que permite a los animales individuales aprovechar una variedad de planes corporales y comportamientos que mejor se adaptan a las nuevas oportunidades y presiones.
El ejemplo de la polilla
Quizás el ejemplo más famoso sea la polilla moteada, que cambió de una coloración blanca moteada a negra en respuesta al hollín y la contaminación del aire que salían de las chimeneas de la Revolución Industrial en Gran Bretaña.
Investigadores de la Universidad de Liverpool identificaron la mutación genética que causó el cambio de color y calcularon cuándo pudo haber ocurrido: 1819.
La polilla moteada cambió de una coloración blanca moteada a negra en respuesta al hollín y la contaminación del aire que salían de las chimeneas de la Revolución Industrial en Gran Bretaña.
El cambio de color de la polilla moteada fue observado por primera vez en 1878 por un coleccionista de mariposas que compartió su hallazgo con Charles Darwin.
El gran hombre parece haber ignorado el descubrimiento, aunque más tarde otros lo sugirieron como prueba de sus ideas sobre la selección natural.
El "melanismo industrial" de la polilla moteada fue, sin embargo, un ejemplo de selección antinatural. Y fue solo el comienzo.
Se han observado cambios de rasgos inducidos por humanos en animales en todos los continentes excepto en Antártica.
Cambios por todas partes
Hoy en día, las abejas obreras en colmenas industriales, transportadas de granja en granja a través de EE.UU. en convoyes de camiones, son un tercio más grandes que sus primas salvajes y más dóciles.
En los últimos 100 años, los pájaros cantores de América del Norte han modificado la forma de sus alas para hacer frente a los hábitats fragmentados por la deforestación. Bajo la presión de la caza furtiva, los elefantes de Zambia nacen sin colmillos.
Una especie de mosquito ha evolucionado para vivir solo en los túneles del metro de Londres y ha perdido la capacidad de reproducirse con sus primos que viven en la superficie.
Se ha observado un declive similar en la diversidad genética en mosquitos en los sistemas de metro de Nueva York y Chicago.
El cambio climático ha obligado a muchas aves migratorias a cambiar sus rutas.
Las currucas capirotadas han cambiado sus rutas de migración de la Península Ibérica a Reino Unido a medida que el cambio climático amplía su área de distribución.
"Nunca ha habido otra especie que haya cambiado tan rápidamente el curso de la evolución", dice Sarah Otto, bióloga evolutiva de la Universidad de Columbia Británica. "¡Darwin se sorprendería!"
No podemos saber siempre qué causa un cambio en particular, dice Otto, ya sea la plasticidad en acción o el comienzo de la cladogénesis, donde se forman distintas subpoblaciones.
Pero hay suficientes ejemplos en los que está involucrado el cambio genético para saber que está sucediendo algo más profundo.
"Los cisnes que evitan las ciudades tienen una diferencia genética con respecto a los que toleran a los humanos", dice ella.
Y señala que la diferencia entre las currucas capirotadas que migran a Reino Unido y las aves que todavía migran a Iberia es "muy claramente genética".
Un estudio encontró que la masa de plástico ahora es mayor que toda la biomasa viva.
"Los jóvenes llevan esta diferencia", dice ella. Cambios como este son los primeros pasos para el surgimiento de una nueva especie".
"Los mosquitos del metro de Londres son un ejemplo en el que podríamos estar formando un nuevo nicho y creando nuevas oportunidades para la especiación", añade Otto.
Le pregunté si estamos reduciendo las oportunidades para que las especies evolucionen al interactuar con sus entornos: el 36% de la superficie terrestre del planeta se dedica a la agricultura, mientras que los entornos urbanos de todo el mundo se parecen cada vez más entre sí.
Un estudio encontró que la masa de plástico ahora es mayor que toda la biomasa viva. La biodiversidad se está desangrando por la actividad humana, según muchos análisis.
"Estamos homogeneizando el planeta de alguna manera", concuerda. "Por otro lado, estamos haciendo estos cambios ambientales realmente extremos. Los entornos urbanos son completamente diferentes de nuestros entornos agrícolas".
Los sitios altamente contaminados, como los estanques de relaves mineros, representan otro tipo de extremos. El común denominador somos nosotros.
Hasta los microbios
La evolución acelerada no se acercará a contrarrestar la crisis de extinción. Pero producirá un mundo cada vez más definido por esas criaturas y plantas que pueden vivir junto a nosotros.
"La evolución es este increíble proceso creativo y no va a parar", dice Otto. "Continuará produciendo variantes que sean más capaces de tolerarnos".
Incluso los microbios están sujetos a las mismas presiones humanas, en algunos casos fomentando la innovación, en otros inhibiéndola.
Tantos antibióticos se vierten en el medio ambiente que pueden considerarse una "especie invasora".
Los fertilizantes agrícolas pueden transportar bacterias a nuevos entornos de suelo al igual que los mejillones cebra y otros organismos invasores viajan en el agua de lastre de los barcos, dice Otto.
Según el microbiólogo Michael Gillings, las grandes cantidades de antibióticos que se vierten en el medio ambiente (hasta 500 millones de copias todos los días solo de las heces de cerdos y leche) son similares a una especie invasora, acelerando la tasa basal de la evolución microbiana.
Al mismo tiempo, la homogeneización del reino de los mamíferos significa que cada vez más biomasa microbiana está compuesta por los microbios intestinales del número limitado de animales con los que nos gusta comer o convivir.
Cambios en la pandemia
La naturalista y locutora Gillian Burke ha pasado toda su vida observando comunidades de animales en todo el mundo. Le pregunté qué tipo de cambios ha presenciado.
"Diría que en todas partes y en todo", dice Burke. "Donde crecí en Kenia, recuerdo un paisaje que parecía muy fluido, donde la tierra y los cursos de agua se movían en tándem. Desde el aire, puedes ver que ahora se han convertido en cuadrados y líneas rectas".
¿Es justo decir que hemos transformado el planeta en un experimento gigante sobre cómo evolucionan las especies?, le pregunté.
"Para mí, ese lenguaje es importante porque implica que estamos ejecutando el experimento, pero somos parte del experimento", dice Burke.
"La covid ha sido excelente para recordarnos eso. Somos la presión de selección que está impulsando las variantes: cuanto más circula, más muta el virus. Una vacuna es una nueva innovación, pero luego el virus dice: 'OK, yo 'simplemente me desviaré y haré otra cosa'. Estamos en el experimento".
La mayoría de la gente habrá notado cambios en el comportamiento de los animales durante el confinamiento, agrega. Los pájaros cantores de las zonas urbanas han aprendido a cantar más fuerte para hacer frente al tráfico y otros ruidos ambientales.
Con el confinamiento, se ha vuelto a escuhar el canto de las aves. Y entre ellas se han podido escuchar mejor también.
"Pero el primer confinamiento fue la primera vez que la gente experimentó eso", dice. "La gente decía: 'Oh, está tranquilo, ahora podemos escuchar a los pájaros'. ¡Pero los pájaros también pueden escucharse entre sí por primera vez!".
El comportamiento animal es cultura, según Burke, y estas culturas están evolucionando en respuesta a la presión humana.
Los elefantes transmiten conocimientos e información de generación en generación, incluidas las rutas de migración, dice ella.
Pero esta herencia cultural se está alterando a medida que los cazadores furtivos y las zonas de conflicto invaden y el cambio climático hace que encontrar comida y agua sea más difícil.
Aprendizaje
Otras culturas animales también están en declive.
La cacofonía urbana significa que algunas aves no pueden aprender correctamente las canciones de sus padres.
Las ballenas jorobadas también aprenden vocalmente, y cada población comparte un canto distinto cuya complejidad evoluciona a través del contacto con otras manadas.
Pero el ruido marino de los barcos está causando que algunas alteren sus canciones o incluso se queden en silencio.
Los montículos de termitas han inspirado un diseño de aire acondicionado más eficiente.
La cultura también ha jugado un papel en la evolución humana. Hemos acelerado nuestra propia evolución al externalizarla: como explica Gaia Vince en su libro Transcendence, la tecnología nos ha permitido adoptar nuevas capacidades sin cambiar nuestro cuerpo.
La cultura compartida nos ha dado acceso a una mente colectiva, una gran cantidad de información y conocimientos.
Gran parte de esta innovación se tomó prestada de los animales o buscó replicar lo que podían hacer. Las herramientas de piedra imitaban los dientes cortantes de los depredadores.
Las primeras tecnologías se basaron en tejidos vivos, como pieles de animales y ligaduras de plantas.
Las sociedades humanas se han desarrollado tomando prestado y aprendiendo a ser como animales.
Ahora, irónicamente, como tantas especies se ven obligadas a adaptarse a la vida en un planeta humano, el mundo en el que vivimos se modela cada vez más en los cuerpos y comportamientos de otras criaturas.
Los girasoles han servido para inspirar un modelo de paneles solares que se mueve para seguir el recorrido del sol.
"Estamos rodeados de genios", dice la bióloga Janine Benyus, quien popularizó el término biomímesis, "una nueva disciplina que trata de aprender de esos genios".
Los montículos de termitas han inspirado un diseño de aire acondicionado más eficiente.
Uno de los trenes más rápidos del mundo alcanza velocidades de 299 km/h (186 mph) al imitar la forma de los picos del martín pescador.
Hemos creado agujas quirúrgicas más finas basadas en la probóscide de los mosquitos, registradores de caja negra inspirados en las propiedades amortiguadoras de los cráneos de los pájaros carpinteros, mejores trajes de neopreno después de las pieles de nutria marina y billetes difíciles de falsificar que imitan la iridiscencia de las alas de las mariposas.
El ingenio animal también ofrece nuevas ideas para abordar algunos de nuestros problemas ambientales más apremiantes.
La biomimética puede ayudar a la producción de energía renovable, desde palas de turbinas eólicas aerodinámicas que imitan las superficies irregulares de las aletas de las ballenas jorobadas o la forma de las alas de los colibríes, hasta paneles solares que siguen al Sol como girasoles.
Los filtradores naturales como las ostras pueden ayudar a restaurar los hábitats marinos agotados.
Incluso los microbios pueden desempeñar un papel.
Una bacteria, Ideonella sakaiensis, ha evolucionado para metabolizar el tereftalato de polietileno (PET), mientras que un microbio común del suelo, Methylorubrum extorquens, produce una proteína que puede unirse al americio y al curio, dos de los componentes más peligrosos y duraderos de los desechos nucleares.
La contribución de los xenobots
Los xenobots también podrían tener un impacto positivo en el planeta. La palabra robot deriva del checo robota, que significa trabajo forzado, y las siguientes generaciones de xenobots podrían trabajar limpiando parte de nuestro desorden.
Los robots biológicos podrían eliminar los microplásticos del océano o los contaminantes del suelo contaminado.
Los xenobots que llevan una proteína en particular brillan de color verde bajo ciertas longitudes de onda, pero se vuelven rojos cuando se exponen a otros, "recordando" su exposición horas después.
"Podrías diseñarlos para detectar sustancias químicas particulares, casi como un programa de computadora que dice 'si detectas un material tóxico, nada hacia él, libera una sustancia química que reaccione con la toxina'", dice Blackiston.
Las mismas propiedades podrían tener aplicaciones médicas, con xenobots realizando tratamientos no intrusivos o buscando enfermedades.
En su forma actual, una vez que se agote la comida almacenada en sus células, los xenobots simplemente perecerían.
La posibilidad de que desarrollen formas de obtener energía de sus entornos es remota.
"Una biopsia de piel no puede sobrevivir colocándola en agua", dice Blackiston. "Necesita un entorno de cultivo celular muy controlado. Del mismo modo, las ranas en la naturaleza a menudo pierden células de la piel, y esas células no se propagan ni evolucionan para obtener energía".
No obstante, Blackiston ve un futuro en el que la evolución da giros sorprendentes.
"Veremos que los humanos y las computadoras se mueven cada vez más hacia el diseño de sistemas vivos a medida que avanzamos en bioingeniería, biología de células madre y biología computacional", dice.
Es fundamental que los científicos realicen sus investigaciones en público: "Espero que veamos a especialistas en ética, abogados y miembros de la comunidad más involucrados en el diseño de la investigación, y no solo en comentar sobre la tecnología una vez que esté fuera del laboratorio y dentro del mundo".
La nueva generación de xenobots es testigo de la increíble plasticidad de la vida.
Pero a pesar de todas sus promesas, también nos recuerdan con qué frecuencia los animales se ven obligados a adaptar sus cuerpos para hacer frente a un mundo dominado por nosotros.
Queda por ver cuántas especies pueden mantenerse al día con un planeta que cambia rápidamente.
Lo que es seguro es que, a medida que nuestro experimento no planificado en todo el planeta sobre la adaptabilidad de los seres vivos se acelera, la invención animal se está probando como nunca antes.
Este artículo fue publicado originalmente en BBC Future. Haz clic aquí para leer la versión original en inglés.
- David Farrier
- BBC Future
- 05/02/2022
- https://www.bbc.com/mundo/noticias-60182764
