זנו-בוט: היצור שנולד במעבדה ומעלה שאלות מטרידות

בשנת 2020 הציגו חוקרים מאוניברסיטת ורמונט, אוניברסיטת טאפטס ומכון Wyss בהרווארד יצור זעיר שנוצר במעבדה. היצור הזה לא היה עשוי מתכת, פלסטיק, שבבים או גלגלים. הוא היה עשוי מתאים חיים של צפרדע. במיקרוסקופ הוא נראה כמו גושון קטן ורך, פחות ממילימטר בגודלו, המסוגל לנוע, להחלים מפציעה ולבצע פעולות בסיסיות בסביבתו. החוקרים קראו לו "זנו-בוט", על שם הצפרדע האפריקנית Xenopus laevis שממנה נלקחו התאים. באותו רגע נפתח תחום חדש ומוזר: רובוטים חיים, או אולי יצורים מתוכננים, שנמצאים בדיוק על הגבול שבין ביולוגיה להנדסה.

הזנו-בוטים הראשונים לא נוצרו כפי שבונים רובוט במעבדה רגילה. תחילה השתמשו החוקרים במחשב-על ובאלגוריתמים כדי לבדוק אלפי צורות אפשריות של יצור זעיר הבנוי מתאים. המחשב חיפש אילו מבנים יוכלו לנוע טוב יותר, לדחוף חלקיקים או לבצע משימה פשוטה. אחר כך לקחו החוקרים תאי גזע מעוברי צפרדע, הפרידו אותם והרכיבו מהם בפועל את הצורות שהמחשב הציע. חלק מן התאים היו תאי עור, ששימשו כמעין מבנה יציב, וחלקם היו תאי שריר לב, שהתכווצו ויצרו תנועה. כך נוצר יצור שאינו מתרבה כמו בעל חיים רגיל, אינו בעל מוח, אינו בעל מערכת עצבים, אך הוא חי, נע ומגיב לסביבתו.

התאים שנלקחו מן הצפרדע היו אמורים, בסביבתם הטבעית, להשתתף בבניית גוף של צפרדע. אבל כאשר הוצאו מן ההקשר הרגיל שלהם וסודרו בדרך אחרת, הם לא "כיבו" את עצמם. הם המשיכו לחיות, לתקשר זה עם זה, להתארגן וליצור גוף חדש, זעיר ופשוט, שלא קיים בטבע. הזנו-בוט אינו צפרדע קטנה, ואינו איבר של צפרדע. הוא צורה ביולוגית חדשה, שמורכבת מתאים טבעיים אך מסודרת על פי תכנון הנדסי.

זה מעיד על החכמה המופלאה שגלומה בכל תא חי. כל תא חי, בצפרדע או בכל יצור אחר, הוא יחידה חכמה בעלת כוח חיים עצמאי!

בשנת 2021 הופיעה הפתעה נוספת. במחקר שפורסם ב-Science Robotics הראו החוקרים שתאי עור של צפרדע יכולים, גם בלי הרכבה מורכבת של תאי שריר, להתאסף בעצמם לכדורים זעירים, ולהתחיל לנוע. התנועה נוצרה בעזרת ריסים זעירים, cilia, המצויים על פני התאים. אצל הצפרדע, הריסים הללו משמשים בדרך כלל לתפקידים אחרים, כגון תנועה של נוזלים על פני רקמות. בזנו-בוטים הם הפכו למנוע. כלומר, אותה מערכת תאית קיבלה תפקיד חדש לחלוטין כאשר התאים אורגנו בסביבה אחרת.

החוקרים תיארו זאת כעדות לכך שלתאים יש יכולת מובנית של ארגון עצמי. הם מזהים את שכניהם, יוצרים קשרים, מגיבים לכוחות סביבם ויכולים לבנות צורות פעולה שלא היו כתובות מראש בצורה פשוטה.

השלב שעורר את הכותרות הגדולות ביותר הגיע בהמשך אותה שנה: החוקרים מצאו שהזנו-בוטים מסוגלים לבצע סוג מיוחד של שכפול, לא באמצעות חלוקת תאים רגילה ולא כמו רבייה של בעלי חיים. הם נעו בתוך צלחת שבה היו מפוזרים תאים חופשיים, אספו אותם לערימות קטנות, ומתוך הערימות הללו נוצרו זנו-בוטים חדשים, שהיו מסוגלים לנוע בעצמם. החוקרים כינו זאת "שכפול קינמטי" – שכפול באמצעות תנועה ואיסוף חומר, ולא באמצעות מנגנון ביולוגי רגיל של רבייה. במחקר שפורסם ב-PNAS הודגם שמבנים מסוימים, שתוכננו בעזרת בינה מלאכותית, הצליחו לשפר את היכולת הזאת.

למה בכלל לפתח דבר כזה? בשלב הנוכחי, הזנו-בוטים הם בעיקר כלי מחקר. הם מאפשרים למדענים לשאול כיצד תאים מחליטים יחד מה לבנות, איך נוצרת צורה ביולוגית, כיצד קבוצת תאים הופכת ליחידה מתואמת, ואיך אפשר לתכנן מערכות ביולוגיות קטנות ללא מתכת ואלקטרוניקה. בעתיד מדמיינים חוקרים שימושים אפשריים כמו ניקוי מיקרו-פלסטיק או מזהמים בסביבה מימית, נשיאת תרופות למקום מסוים בגוף או עבודה זעירה במקומות שבהם רובוט קשיח אינו מתאים. בשלב זה רוב היישומים הללו הם עדיין רעיונות מחקריים, לא טכנולוגיה רפואית או סביבתית מוכנה לשימוש.

אחד היתרונות התאורטיים של זנו-בוטים הוא שהם ביולוגיים ומתכלים. רובוט רגיל, גם אם הוא זעיר, עשוי להשאיר אחריו חלקיקים, מתכות או חומרים סינתטיים. זנו-בוט, לעומת זאת, עשוי מתאים חיים, ולכן לאחר זמן הוא מתפרק כחומר ביולוגי. מצד שני, דווקא משום שהוא חי, הוא מעלה שאלות חדשות: האם הוא מכונה או יצור? מי אחראי להתנהגותו? האם מותר לתכנן תאים חיים לצורות פעולה חדשות? ומה יקרה אם בעתיד יוסיפו למערכות כאלה יכולות חישה מורכבות יותר, גנטיקה מתוכננת או רכיבים עצביים?

הזנו-בוטים שייכים למשפחה רחבה יותר של מערכות ביו-היברידיות: רובוטים או מכונות שמשתמשים בתאים חיים, רקמות, חיידקים, שרירים או תאי עצב כחלק מן המנגנון שלהם. יש מיקרו-שחיינים ביו-היברידיים, מערכות המשתמשות בחיידקים לתנועה ורובוטים שמונעים על ידי רקמת שריר חיה. אבל הזנו-בוטים שונים במובן חשוב: הם אינם רק מכונה מלאכותית שעליה הוצמד רכיב ביולוגי. הגוף עצמו עשוי כולו מתאים חיים, והתכנון הוא בעיקר תכנון של צורה ושל התארגנות תאית.

השם "רובוט" עלול להטעות, מפני שאנו רגילים לחשוב על רובוט כעל מכונה בעלת מנועים, חיישנים ותוכנה. בזנו-בוט אין מעבד ואין קוד מחשב שרץ בתוך גופו. התוכנה שימשה בשלב התכנון, לא בתוך היצור עצמו. לאחר שהמבנה נוצר, התנועה וההתנהגות נובעות מן התכונות של התאים עצמם: התכווצות, ריסים, הידבקות, תקשורת מקומית ותגובה לסביבה. לכן יש מדענים שמעדיפים לראות בהם "אורגניזמים מתוכננים" או "מכונות חיות", יותר מאשר רובוטים במובן הרגיל.