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Por qué se dice que los humanos estamos creando una forma de “selección antinatural”
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Con ayuda de inteligencia artificial, los investigadores produjeron xenobots con forma de Pacman, con muescas que parecen bocas.( )
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".
"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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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