Michael Levin: The electrical blueprints that orchestrate life | TED

المترجم: Nayer Basim 259 المدقّق: Shimaa Nabil

كريس أندرسون: مرحباً مايك.

سعيد لرؤيتك. أنا متحمس لهذه المحادثة.

ليفين: شكراً جزيلاً لك. أنا سعيد جدًا لوجودي هنا.

كريس: إذاً، معظمنا لديه هذا النموذج العقلي في علم الأحياء

Chris Anderson: Mike, welcome.

It's good to see you. I'm excited for this conversation.

أن الحمض النووي هو الخاصية الأساسية لكل شيء حي،

Michael Levin: Thank you so much. I'm so happy to be here.

أنه نوع من البرمجيات التي تبني الأجهزة في أجسامنا.

CA: So, most of us have this mental model in biology

that DNA is a property of every living thing,

بهذه الطريقة يفكر العديد منا في هذا الأمر.

هذا النموذج يترك الكثير من الألغاز العميقة

that it is kind of the software that builds the hardware of our body.

هل من الممكن أن تشاركنا بعض تلك الألغاز

That's how a lot of us think about this.

وما علاقة الضفادع الصغيرة بهذا الأمر؟

That model leaves too many deep mysteries.

مايكل ليفين: بالتأكيد. نعم.

Can you share with us some of those mysteries

أود منحك منظور آخر حول هذه المشكلة.

أحد الأشياء التي يقوم بها الحمض النووي هو تحديد البرمجة الخاصة بكل خلية.

and also what tadpoles have to do with it?

ML: Sure. Yeah.

لذا فإن الحمض النووي يخبر كل خلية ما هي البروتينات التي يفترض أن تحتوي عليها

I'd like to give you another perspective on this problem.

One of the things that DNA does is specify the hardware of each cell.

على سبيل المثال، عندما يكون لدينا الضفادع الصغيرة،

ترى نوعاً من الأشياء

So the DNA tells every cell what proteins it's supposed to have.

التي يعتقد معظم الناس أنها نوعًا من الانفتاح التدريجي للجينوم

And so when you have tadpoles, for example,

جينات محددة تعمل وتتوقف،

you see the kind of thing

وليتحول فرخ الضفدع إلى ضفدع مكتمل

that most people think is sort of a progressive unrolling of the genome.

عليه بإعادة ترتيب وجهه.

العينان، الخياشيم، الفك كل شيء يجب أن يتحرك.

Specific genes turn on and off,

وأحد الطرق للتفكير في الأمر اعتادنا أن يكون، حسنا،

and a tadpole, as it becomes a frog,

أن لدينا نوع من الإدخالات الثابتة، تحركات جزئية

has to rearrange its face.

So the eyes, the nostrils, the jaws -- everything has to move.

حيث تتحرك هذه الجزيئات ثم يتكون الضفدع.

And one way to think about it used to be that, well,

ولكن في الواقع، قبل بضع سنوات، وجدنا ظاهرة مذهلة جداً،

you have a sort of hardwired set of movements

وذلك لو قمت بصنع ما يسمى “ضفادع بيكاسو”

where all of these things move around and then you get your frog.

فراخ الضفادع هذه تتميز بأن الفكين قد يكونان بعيدان إلى الجانب،

But actually, a few years ago, we found a pretty amazing phenomenon,

العينين للأعلى هنا، والخياشيم في غير مكانها،

which is that if you make so-called "Picasso frogs" --

فكل شيء مُتحول من مكانه.

فراخ الضفادع هذه تُكون وجوه ضفادع طبيعية بنسبة كبيرة.

these are tadpoles where the jaws might be off to the side,

المُدهش في الأمر

the eyes are up here, the nostrils are moved,

لأن جميع الأعضاء تنشأ في أماكن غير طبيعية،

so everything is shifted --

these tadpoles make largely normal frog faces.

وبالرغم من ذلك تُكون وجه ضفدع جيد الشكل

Now, this is amazing,

والذي اتضح أن هذا النظام،

because all of the organs start off in abnormal positions,

مثل العديد من الأنظمة الحية،

ليس حركة مجموعة من الإدخالات الثابتة،

and yet they still end up making a pretty good frog face.

ولكنها في الواقع تعمل لتقليل الخطأ بين ما يحدث الآن

And so what it turns out is that this system,

like many living systems,

وما يُعرف بالتكوين الصحيح لوجه الضفدع.

is not a hardwired set of movements,

هذا النوع من صنع القرار

but actually works to reduce the error between what's going on now

الذي يتضمن ردود فعل مرنة لمواكبة أي ظروف جديدة،

and what it knows is a correct frog face configuration.

في سياقات أخرى، سوف نسمي ذلك الذكاء.

وما نحتاج إلى فهمه الآن ليس فقط الآليات

This kind of decision-making

that involves flexible responses to new circumstances,

التي تقوم هذه الخلايا بتنفيذ حركاتهم

in other contexts, we would call this intelligence.

والتعبير الجيني وما إلى ذلك،

ولكن علينا حقاً أن نفهم تدفق المعلومات:

And so what we need to understand now is not only the mechanisms

كيف تتعاون هذه الخلايا مع بعضها البعض

by which these cells execute their movements

لبناء شيء كبير وإيقاف بنائه

and gene expression and so on,

but we really have to understand the information flow:

متى يتم إنشاء هذا الهيكل المحدد؟

How do these cells cooperate with each other

وهذه الأنواع من الحسابات، ليس فقط الآليات،

to build something large and to stop building

لكن الحسابات من السيطرة التشريحية،

when that specific structure is created?

هي مستقبل علم الأحياء.

كريس أندرسون: وهكذا أعتقد أن النموذج التقليدي

And these kinds of computations, not just the mechanisms,

هي أن هذه الخلايا بطريقة ما ترسل إشارات كيميائية حيوية لبعضها البعض

but the computations of anatomical control,

are the future of biology.

وذلك يسمح بالتطور لأن يحدث بالطريقة الذكية.

CA: And so I guess the traditional model

is that somehow cells are sending biochemical signals to each other

لكنك تعتقد أن هناك شيء آخر هذه العملية.

ما هو؟

that allow that development to happen the smart way.

مايكل:حسنا، بالتأكيد الخلايا تتواصل بطريقة كيميائية حيوية

وعبر القوى الفيزيائية،

ولكن هناك شيء آخر يحدث وهو مثير للاهتمام للغاية،

But you think there is something else at work.

وتسمى الكهرباء الحيوية،

What is that?

ML: Well, cells certainly do communicate biochemically and via physical forces,

الكهرباء الحيوية الغير عصبية.

but there's something else going on that's extremely interesting,

لذلك اتضح أن جميع الخلايا،

ليس فقط الأعصاب، لكن جميع الخلايا في جسدك.

and it's basically called bioelectricity,

تتواصل مع بعضها البعض باستخدام الإشارات الكهربائية.

وما تراه هنا هو فيديو الفاصل الزمني.

non-neural bioelectricity.

So it turns out that all cells --

لأول مرة،

not just nerves, but all cells in your body --

نحن الآن قادرون على التنصت على جميع المحادثات الكهربائية

communicate with each other using electrical signals.

التي تجريها الخلايا مع بعضها البعض.

And what you're seeing here is a time-lapse video.

لذلك فكر في ما يلي.

For the first time,

ما نشاهده الآن.

هو جنين ضفدع في طور التكون.

we are now able to eavesdrop on all of the electrical conversations

ما نراه هو حوالي ثمانية إلى عشر ساعات من التطور.

that the cells are having with each other.

والألوان تظهر لك الدول الكهربائية الفعلية

So think about this.

We're now watching --

هذا يعمل على تعريف الخارطة الجينية للإدخالات الثابتة للخلايا.

This is an early frog embryo.

This is about eight hours to 10 hours of development.

And the colors are showing you actual electrical states

وهكذا هذه الخلايا تتواصل مع بعضها البعض

that allow you to see all of the electrical software

مالذي سيُكوُن رأس، والذي سيُكون الذيل،

that's running on the genome-defined cellular hardware.

الذي سوف يكون اليسار واليمين ومالذي سيكون العيون والدماغ وهلم جرا.

And so these cells are basically communicating with each other

وهكذا هو هذا البرنامج

التي تسمح لأنظمة الحياة هذه بتحقيق أهداف محددة،

who is going to be head, who is going to be tail,

who is going to be left and right and make eyes and brain and so on.

أهداف مثل بناء جنين

أو إصلاح طرف للحيوانات التي تقوم بهذا الأمر،

And so it is this software

that allows these living systems to achieve specific goals,

والقدرة على رؤية هذه المحادثات الكهربائية

goals such as building an embryo

or regenerating a limb for animals that do this,

يُعطينا بعض الفرص الرائعة

and the ability to see these electrical conversations

لنستهدف أو نعيد كتابة الأهداف تجاه

طريقة عمل هذه الأنظمة الحياتية.

كريس أندرسون: حسناً ذلك متطرف جداً.

gives us some really remarkable opportunities

اسمحوا لي أن أتأكد ما إذا كنت أفهم هذا.

to target or to rewrite the goals towards which

ما تقوله هو ذلك عندما يبدأ كائن حي في التطور،

these living systems are operating.

بمجرد حدوث الانقسامات للخلية،

CA: OK, so this is pretty radical.

تتم مشاركة الإشارات الكهربائية فيما بينهم.

Let me see if I understand this.

What you're saying is that when an organism starts to develop,

ولكن عندما تصل إلى مائة، بضع مئات من الخلايا،

as soon as a cell divides,

electrical signals are shared between them.

هذه الإشارات بطريقة ما في نهاية المطاف أساسا مثل برنامج الكمبيوتر،

But as you get to, what, a hundred, a few hundred cells,

برنامج يشمل بطريقة أو بأخرى جميع المعلومات اللازمة

that somehow these signals end up forming essentially like a computer program,

لإخبار هذا الكائن الحي

ما هو مصيره؟

a program that somehow includes all the information needed

هل هذه هي الطريقة الصحيحة للتفكير في الأمر؟

مايكل: نعم، تماماً.

مبدئياً، ماذا يحدث هو أن هذه الخلايا،

to tell that organism

من خلال تشكيل الشبكات الكهربائية تشبه إلى حد كبير الشبكات في الدماغ،

what its destiny is?

Is that the right way to think about it?

إنها تشكل شبكات كهربائية،

ML: Yes, quite.

Basically, what happens is that these cells,

وهذه الشبكات تُعالج المعلومات بما في ذلك نماذج الذكريات.

by forming electrical networks much like networks in the brain,

وهي تشمل تمثيل الهياكل التشريحية واسعة النطاق

they form electrical networks,

and these networks process information including pattern memories.

حيث ستتكون الأجهزة المختلفة،

ما هي المحاور المختلفة للحيوان. الأمام والخلف، الرأس والذيل.

They include representation of large-scale anatomical structures

أين سيكون كل ذلك،

وهذه الأمور حرفياً تكمن في الدوائر الكهربائية

where various organs will go,

عبر أنسجة كبيرة

what the different axes of the animal -- front and back, head and tail --

بنفس الطريقة التي يحتقظ بها العقل بالذكريات و التعليم

are going to be,

and these are literally held in the electrical circuits

كريس: هذه هي الطريقة الصحيحة للتفكير في ذلك؟

across large tissues

in the same way that brains hold other kinds of memories and learning.

لأن هذا يبدو تحولاً كبيراً.

أعني، عندما حصلتُ لأول مرة على جهاز كمبيوتر،

انا كنت مندهشًا من الناس الذين استطاعوا كتابة “كود الألة”

CA: So is this the right way to think about it?

Because this seems to be such a big shift.

تمثل برمجة المباشرة لكل “bit” قي الكمبيوتر

I mean, when I first got a computer,

I was in awe of the people who could do so-called "machine code,"

كان ذلك مستحيلا بالنسبة لمعظم البشر.

للحصول على فرصة للسيطرة على هذا الكمبيوتر،

يجب عليك أن تبرمجه إلى لغة،

like the direct programming of individual bits in the computer.

وهذه طريقة أبسط بكثير في جعل الأشياء الكبيرة تحدث

That was impossible for most mortals.

To have a chance of controlling that computer,

you'd have to program in a language,

لو كنت أفهمك بشكل صحيح،

which was a vastly simpler way of making big-picture things happen.

ما تقوله هو أن معظم دراسة الأحياء اليوم تعتمد على

محاولة فعل ما يماثل كتابة “كود الألة”،

عند فهم الاشارات لبيوكيميائية بما بين الخلايا الحية،

And if I understand you right,

what you're saying is that most of biology today has sort of taken place

حينما هناك لغة

trying to do the equivalent of machine code programming,

هذه اللغة الكهربائية إن فهمتها

of understanding the biochemical signals between individual cells,

when, wait a sec, holy crap, there's this language going on,

سيعطينا ذلك أفكارًا مختلفة تمامًا

this electrical language, which, if you could understand that,

عن كيف تتطور الكائنات الحية.

هل هذا التشبيه صحيح ؟

مايكل: نعم، هذا صحيح تمامًا.

that would give us a completely different set of insights

فإن فكرت بالطريقة التي تمت بها البرمجة في الأربعينات،

into how organisms are developing.

حتي تجعل الحاسوب الاّلي يفعل شيئًا مختلفًا،

Is that metaphor basically right?

يجب عليك أن تحرك الأسلاك.

ML: Yeah, this is exactly right.

So if you think about the way programming was done in the '40s,

ستحتاج أن تدخل و تعيد برمجة الجهاز.

ستحتاج أن تتعامل مع الجهاز مباشرةً،

in order to get your computer to do something different,

و كل الطرق للتعامل مع هذا الجهاز

you would physically have to shift the wires around.

ستكون في مستوي الجهاز.

So you'd have to go in there and rewire the hardware.

وسبب حصولنا علي هذه الآن ثورة تقنية مذهلة،

You'd have to interact with the hardware directly,

علوم المعلومات وما إلى ذلك،

and all of your strategies for manipulating that machine

هو أن علوم الكمبيوتر انتقلت من التركيز على الأجهزة

would be at the level of the hardware.

And the reason we have this now amazing technology revolution,

لفهم أن إذا كانت أجهزتك جيدة بما فيه الكفاية--

information sciences and so on,

وسأخبرك أن الأجهزة البيولوجية جيدة بما فيه الكفاية--

is because computer science moved from a focus on the hardware

ثم يمكنك التفاعل مع نظامك ليس عن طريق التغيير والتغيير في الأجهزة،

on to understanding that if your hardware is good enough --

and I'm going to tell you that biological hardware is absolutely good enough --

ولكن، يمكنك التراجع خطوة إلى الوراء ومنحها محفزات أو معلومات

then you can interact with your system not by tweaking or rewiring the hardware,

بنفس الطريقة التي تعطيها إلى جهاز كمبيوتر قابل لإعادة البرمجة

وتسبب الشبكة الخلوية أن تفعل شيء مختلف تمامًا

but actually, you can take a step back and give it stimuli or inputs

the way that you would give to a reprogrammable computer

مما كانت ستفعله لولا ذلك.

فالقدرة على الرؤية هذه الإشارات الكهربائية الحيوية

and cause the cellular network to do something completely different

تعطينا نقطة دخول مباشرة إلى البرنامج

than it would otherwise have done.

الذي يرشد التركيب البنيوي على نطاق واسع ،

So the ability to see these bioelectrical signals

وهو اتجاه مختلف جدًا للطب

is giving us an entry point directly into the software

من إعادة تركيب مسارات محددة داخل كل خلية.

that guides large-scale anatomy,

كريس أندرسون : وبطرق عديدة، هذا هو روعة عملك

which is a very different approach to medicine

أنك بدأت في فك شفرة هذه الإشارات الكهربائية،

than to rewiring specific pathways inside of every cell.

ولديك إثباتًا مدهشًا لهذا

CA: And so in many ways, this is the amazingness of your work

في هذه الديدان المفلطحة.

أخبرنا بما يحدث هنا.

is that you're starting to crack the code of these electrical signals,

مايكل: هذا مخلوق معروف باسم “بلانتاريان”

and you've got an amazing demonstration of this

إنها ديدان مفلطحة.

in these flatworms.

إنهم في الواقع مخلوقات معقدة جدًا.

Tell us what's going on here.

لديهم عقل حقيقي، الكثير من الأعضاء المختلفة وما إلى ذلك.

ML: So this is a creature known as a planarian.

والشيء المدهش في هذه المخلوقات

They're flatworms.

أنها متجددة جدًا.

They're actually quite a complex creature.

لذلك إذا قمت بتقطيعها إلى قطع - في الواقع، أكثر من 200 قطعة -

They have a true brain, lots of different organs and so on.

And the amazing thing about these planaria

كل قطعة ستعيد البناء بالضبط ما تحتاجه

is that they are highly, highly regenerative.

So if you cut it into pieces -- in fact, over 200 pieces --

لصنع دودة صغيرة.

لذا فكر في ذلك.

هناك نظام حيث كل قطعة

every piece will rebuild exactly what's needed

تعرف بالضبط كيف تبدو الدودة الصحيحة.

وتبني الأعضاء الصحيحة في الأماكن الصحيحة ثم تقف.

to make a perfect little worm.

So think about that.

This is a system where every single piece

وهذا واحد من أكثر أشياء مدهشة عن التجديد.

knows exactly what a correct planarian looks like

إذن ما اكتشفناه هو أنك إذا قمت بتقطيعه إلى ثلاث قطع

and builds the right organs in the right places and then stops.

وقطعت الرأس والذيل وأخذت هذا الجزء الأوسط،

And that's one of the most amazing things about regeneration.

وهو ما تراه هنا

So what we discovered is that if you cut it into three pieces

بشكل مثير للدهشة، ينشأ تدرج كهربائي، من الرأس الي الذيل

and amputate the head and the tail and you just take this middle fragment,

الذي يخبر القطعة أين تذهب الرؤوس وذيول

which is what you see here,

وفي الواقع، كم عدد الرؤوس أو الذيل من المفترض أن يكون لديها.

amazingly, there is an electrical gradient, head to tail, that's generated

إذن ما تعلمنا أن نفعله هو التلاعب بهذا التدرج الكهربائي،

that tells the piece where the heads and the tails go

والشيء المهم هو أننا لا نستخدم الكهرباء.

and in fact, how many heads or tails you're supposed to have.

ما فعلناه بدلاً من ذلك هو أننا أشعلنا وأطفأنا “الترانزستورات” الصغيرة -

So what we learned to do is to manipulate this electrical gradient,

إنها فعليًا بروتينات قناوات أيونية -

and the important thing is that we don't apply electricity.

التي تستخدمها كل خلية في الأصل لإنشاء هذه الحالة الكهربائية.

What we do instead was we turned on and off the little transistors --

فالآن لدينا طرق لتشغيلها وإيقافها،

they're actual ion channel proteins --

وعندما تفعل هذا، أحد الأشياء التي يمكنك القيام بها

هي تحويل تلك الدائرة الكهربائية لتقم ببناء رأسين،

that every cell natively uses to set up this electrical state.

So now we have ways to turn them on and off,

أو في الواقع، لا تبني أي رؤوس.

and when you do this, one of the things you can do

ما تراه هنا هو ديدان حقيقية التي لها رأسان أو بلا رأس

is you can shift that circuit to a state that says no, build two heads,

الذي ينتج عن هذا،

لأن تلك الخريطة الكهربائية هو ما تستخدمه الخلايا

or in fact, build no heads.

لتقرر ما يجب أن تقوم به.

And what you're seeing here are real worms that have either two or no heads

وهذا ما ترونه هنا هي ديدان حية ذات رأسين.

that result from this,

وبعد إنشاء هذه، لقد قمنا بتجربة مجنونة جدًا.

because that electrical map is what the cells are using

to decide what to do.

إذا أخذت واحدة من هذه الديدان ذات الرأسين، وقطعت كلا الرأسين،

And so what you're seeing here are live two-headed worms.

وتركت الجزء الأوسط الطبيعي.

And, having generated these, we did a completely crazy experiment.

الآن ضع في اعتبارك، هذه الحيوانات لم يتم تعديلها جينوميًا.

You take one of these two-headed worms, and you chop off both heads,

لا يوجد شيء مختلف على الإطلاق حول جيناتهم.

and you leave just the normal middle fragment.

تسلسل الجينوم الخاص بهم من نوع البري تمامًا.

Now keep in mind, these animals have not been genomically edited.

فتقومون ببتر الرؤوس، لديك جزء طبيعي جميل،

There's absolutely nothing different about their genomes.

ثم تسأل: في الماء العادي، ماذا ستفعل؟

Their genome sequence is completely wild type.

وبالطبع، النموذج الاساسي سيقول،

So you amputate the heads, you've got a nice normal fragment,

حسنًا، إذا تخلصت من هذا النسيج الزائد،

لم يتم تعديل الجينوم لذلك ينبغي يصنع دودة طبيعية تمامًا.

and then you ask: In plain water, what is it going to do?

And, of course, the standard paradigm would say,

والشيء المدهش هو أنه ليس ما يحدث.

well, if you've gotten rid of this ectopic extra tissue,

هذه الديدان، عندما تقطع مرات عديدة، في المستقبل ، في الماء العادي،

the genome is not edited so it should make a perfectly normal worm.

And the amazing thing is that it is not what happens.

سيستمرون في التجدد برأسين.

These worms, when cut again and again, in the future, in plain water,

فكر في هذا.

ذاكرة النمط التي لها سوف تتجدد الحيوانات بعد التلف

they continue to regenerate as two-headed.

تمت إعادة كتابته بشكل دائم.

Think about this.

وفي الواقع، يمكننا الآن إعادة كتابته وإعادتهم إلى رأس واحد.

The pattern memory to which these animals will regenerate after damage

بدون أي تعديل جيني.

إذن هنا يخبرك أن هيكل المعلومات

has been permanently rewritten.

And in fact, we can now write it back and send them back to being one-headed

الذي يخبر هذه الديدان كم عدد الرؤوس من المفترض أن يمتلكوها

without any genomic editing.

ليس مباشرة في الجينوم.

إنه في هذه الطبقة الكهروضوئية الإضافية.

So this right here is telling you that the information structure

ربما تكون أشياء أخرى كثيرة كذلك.

that tells these worms how many heads they're supposed to have

ولدينا الآن القدرة على إعادة كتابته.

is not directly in the genome.

وهذا بالطبع هو التعريف الأساسي للذاكرة.

It is in this additional bioelectric layer.

يجب أن تكون مستقرة على المدى الطويل، ويجب أن تكون قابلة لإعادة الكتابة.

Probably many other things are as well.

And we now have the ability to rewrite it.

ونحن الآن نبدأ في كسر هذه الشفرة المورفوجينية

And that, of course, is the key definition of memory.

لنسأل كيف تقوم هذه الأنسجة بتخزين خريطة لما يجب القيام به

It has to be stable, long-term stable, and it has to be rewritable.

And we are now beginning to crack this morphogenetic code

وكيف يمكننا الدخول وإعادة كتابة تلك الخريطة إلى نتائج جديدة.

to ask how is it that these tissues store a map of what to do

كريس أندرسون: أعني، هذا يبدو كدليل مقنع بشكل لا يصدق

and how we can go in and rewrite that map to new outcomes.

أن الحمض النووي لا يتحكم على الشكل النهائي الفعلي

CA: I mean, that seems incredibly compelling evidence

الخاص بهذه الكائنات الحية،

that DNA is just not controlling the actual final shape

أن هناك شيء آخر يحدث،

ويا فتى، إذا تمكنت من كسر هذا الرمز،

إلى ماذا يمكن أن يؤدي ذلك أيضًا.

of these organisms,

بالمناسبة، بمجرد النظر إلى هؤلاء.

that there's this whole other thing going on,

كيف تبدو الحياة لدودة مفلطحة برأسين؟

and, boy, if you could crack that code,

أعني، يبدو الأمر كأنه نوع من المقايضة.

what else could that lead to.

النبأ السار هو أن لديك هذا العرض المذهل ثلاثي الأبعاد للعالم،

By the way, just looking at these ones.

What is life like for a two-headed flatworm?

لكن الخبر السيئ هو أن لديك للتبرز من خلال كل من أفواهك؟

I mean, it seems like it's kind of a trade-off.

The good news is you have this amazing three-dimensional view of the world,

-الديدان لها هذه الأنابيب الصغيرة تسمى البلعوم ،

but the bad news is you have to poop through both of your mouths?

والأنابيب في منتصف الجسم،

ويبرزون من خلال ذلك.

ML: So, the worms have these little tubes called pharynxes,

هذه الحيوانات قابلة للحياة تمامًا.

إنهم سعداء تمامًا، على ما أعتقد.

and the tubes are sort of in the middle of the body,

لكن المشكلة

هي أن هذين الرأسين لا يتعاونان مع بعضهما بشكلٍ جيد،

and they excrete through that.

These animals are perfectly viable.

ولذا فهم لا يأكلون جيدًا.

They're completely happy, I think.

ولكن إذا تمكنت من إطعامهم باليد،

سوف يستمرون إلى الأبد،

The problem, however,

وفي الحقيقة، يجب أن تعرف هذه الديدان لا تموت في الأساس.

is that the two heads don't cooperate all that well,

لذا فإن هذه الديدان، لأنهم متجددون للغاية،

and so they don't really eat very well.

But if you manage to feed them by hand,

ليس لديهم حد للسن،

they will go on forever,

وهم يخبروننا بذلك إذا اكتشفنا سر التجدد هذا،

and in fact, you should know these worms are basically immortal.

So these worms, because they are so highly regenerative,

الذي لا ينمي فقط خلايا جديدة لكن معرفة متى تتوقف -

they have no age limit,

كما ترى، هذا أمر بالغ الأهمية -

and they're telling us that if we crack this secret of regeneration,

إذا كنت تستطيع الاستمرار في بذل هذا الجهد

which is not only growing new cells but knowing when to stop --

بخاصة الهياكل ثلاثية الأبعاد التي تعمل الخلايا لها،

you see, this is absolutely crucial --

يمكنك هزيمة الشيخوخة و الاصابة رضحية

if you can continue to exert this really profound control

وأشياء من هذا القبيل.

لذلك هناك شيء واحد يجب مراعاته هو أن هذه القدرة على إعادة الكتابة

over the three-dimensional structures that the cells are working towards,

هيكل الأجسام التشريحية الكبيرة

you could defeat aging as well as traumatic injury

ليست مجرد خدعة دودية غريبة.

and things like this.

إنه ليس مجرد شيئًا يعمل في الديدان المفلطحة.

So one thing to keep in mind is that this ability to rewrite

the large-scale anatomical structure of the body

ما تراه هنا هو شرغوف بالعين والأمعاء،

is not just a weird planarian trick.

وما فعلناه هو تشغيل قناة أيونية محددة للغاية.

It's not just something that works in flatworms.

لذلك نحن في الأساس تلاعبنا بهذه الترانزستورات الكهربائية الصغيرة

What you're seeing here is a tadpole with an eye and a gut,

and what we've done is turned on a very specific ion channel.

الموجودة داخل الخلايا،

وفرضنا حالة على بعض خلايا الأمعاء

So we basically just manipulated these little electrical transistors

المرتبط بشكل طبيعي ببناء عين.

that are inside of cells,

ونتيجة لذلك، ما تفعله الخلايا هو بناء عين.

and we've imposed a state on some of these gut cells

هذه العيون كاملة.

لديهم عصب بصري، عدسة، شبكية العين،

that's normally associated with building an eye.

كل الأشياء التي العين من المفترض أن تملك.

And as a result, what the cells do is they build an eye.

بالمناسبة، يمكنهم أن يروا بهذه العيون.

These eyes are complete.

They have optic nerve, lens, retina,

وما تراه هنا

هو أن عن طريق إشعال إجراءات لبناء العين

all the same stuff that an eye is supposed to have.

في البرامج الفسيولوجية للجسم،

They can see, by the way, out of these eyes.

يمكنك بسهولة إخبارها أن تبني عضو معقد.

And what you're seeing here

is that by triggering eye-building subroutines

وهذا مهم للطب الحيوي،

in the physiological software of the body,

لأننا لا نعرف كيفية إدارة بناء العين.

you can very easily tell it to build a complex organ.

أعتقد أنه سيكون وقتًا طويلًا جدًأ

قبل أن نتمكن حقًا من البناء أشياء مثل العيون أو اليدين وما إلى ذلك.

And this is important for our biomedicine,

because we don't know how to micromanage the construction of an eye.

لكننا لسنا بحاجة إلى ذلك، لأن الجسد يعرف بالفعل كيف يفعل ذلك،

I think it's going to be a really long time

وتوجد هذه الإجراءات الفرعية التي يمكن تشغيله

before we can really bottom-up build things like eyes or hands and so on.

بواسطة أنماط كهربائية محددة التي يمكننا إيجادها.

But we don't need to, because the body already knows how to do it,

وهذا ما نسميه “كسر رمز الكهرباء الحيوية.”

and there are these subroutines that can be triggered

يمكننا صنع العيون. يمكننا صنع أطراف إضافية.

by specific electrical patterns that we can find.

هذا واحد من الضفادع ذات الأرجل الخمسة.

يمكننا صنع قلوب إضافية.

And this is what we call "cracking the bioelectric code."

لقد بدأنا في فك الشفرة لفهم مكان الإجراءات الفرعية

We can make eyes. We can make extra limbs.

في هذا البرنامج

Here's one of our five-legged tadpoles.

الذي يمكن أن نشغله لبناء هذه الأعضاء المعقدة

We can make extra hearts.

وقت طويل قبل معرفة الحقيقة كيفية إدارة العملية

We're starting to crack the code to understand where are the subroutines

على المستوى الخلوي.

in this software

- لذا كما بدأت في فهم هذه الطبقة الكهربائية

that we can trigger and build these complex organs

long before we actually know how to micromanage the process

وماذا يمكن أن تفعل،

كنت قادرًا على إنشاء -

at the cellular level.

CA: So as you've started to get to learn this electrical layer

هل من العدل أن نقول إنه تقريبًا مثل شكل حياة جديد،

اسمه “زينوبوت”

and what it can do,

أخبرني عن ال“زينوبوت”

you've been able to create --

- نعم

لذلك إذا فكرت في هذا، هذا يؤدي إلى تنبؤ غريب حقًا.

is it fair to say it's almost like a new, a novel life-form,

called a xenobot?

إذا كانت الخلايا مستعدة حقًا للبناء نحو خريطة محددة،

Talk to me about xenobots.

ML: Right.

So if you think about this, this leads to a really strange prediction.

يمكننا أن نأخذ خلايا غير معدلة وراثيًا،

وما تراه هنا هي خلايا مأخوذة من جسم ضفدع.

If the cells are really willing to build towards a specific map,

لقد اجتمعوا بطريقة تجعلهم لإعادة تصور تعدد الخلايا الخاصة بهم.

we could take genetically unaltered cells,

and what you're seeing here is cells taken out of a frog body.

وما تراه هنا

هو أن عندما تتحرر من البقية من جسم الحيوان،

They've coalesced in a way that asks them to re-envision their multicellularity.

إنهم يصنعون هذه الأجسام الجديدة الصغيرة الذين، من حيث السلوك،

And what you see here

ترى أنهم يستطيعون التحرك، يمكنهم إتمام متاهة.

is that when liberated from the rest of the body of the animal,

إنهم مختلفون تمامًا من الضفادع أو الضفادع الصغيرة.

they make these tiny little novel bodies that are, in terms of behavior,

خلايا الضفدع، عندما طلب منها إعادة تصورها ما نوع الجسم الذي يريدون صنعه،

you can see they can move, they can run a maze.

They are completely different from frogs or tadpoles.

تفعل شيئًا مثيرًا للاهتمام بشكل لا يصدق.

Frog cells, when asked to re-envision what kind of body they want to make,

يستخدمون الأجهزة التي تمنحها لهم جيناتهم،

مثلًا، هذه الشعيرات الصغيرة، هذه الأهداب الصغيرة

do something incredibly interesting.

التي تستخدم عادةًا لإعادة توزيع المخاط على السطح الخارجي للضفدع،

They use the hardware that their genetics gives them,

تلك محددة وراثيا.

for example, these little hairs, these little cilia

لكن ما فعلته هذه المخلوقات،

لأن الخلايا قادرة لتشكيل أنواع جديدة من الأجسام،

that are normally used to redistribute mucus on the outside of a frog,

those are genetically specified.

لقد اكتشفوا كيفية استخدام هذه الأهداب الصغيرة

But what these creatures did,

للتجديف على الماء بدلاً من ذلك، ولديهم الآن الحركة.

because the cells are able to form novel kinds of bodies,

لذلك لا يمكنهم فقط التحرك، لكن يمكنهم، وهنا ما تراه،

they have figured out how to use these little cilia

to instead row against the water, and now have locomotion.

هو أن هذه الخلايا تتحد معًا.

الآن بدأوا في إجراء محادثات حول ما سيفعلونه.

So not only can they move around, but they can, and here what you're seeing,

تستطيع أن ترى هنا الومضات هي عمليات تبادل المعلومات.

is that these cells are coalescing together.

ضع في اعتبارك، هذا مجرد جلد.

Now they're starting to have conversations about what they are going to do.

لا يوجد جهاز عصبي. لا يوجد دماغ. هذا مجرد جلد.

You can see here the flashes are these exchanges of information.

هذا جلد الذي تعلم أن يبني جسم جديد

Keep in mind, this is just skin.

وأن يستكشاف بيئته وأن يتحرك.

There is no nervous system. There is no brain. This is just skin.

ولديهم سلوكيات تلقائية.

This is skin that has learned to make a new body

يمكنك أن ترى هنا أين تسبح في هذه المتاهة.

في هذه المرحلة، قررت أن تستدير وتعود من حيث أتت.

and to explore its environment and move around.

And they have spontaneous behaviors.

لذلك فإن لها سلوكها الخاص، وهذا نظام نموذجي رائع

You can see here where it's swimming down this maze.

لعدة أسباب.

At this point, it decides to turn around and go back where it came from.

بادئ ذي بدء، هذا يظهر لنا اللدونة المذهلة للخلايا

So it has its own behavior, and this is a remarkable model system

أولاً.

لا يوجد تعديل جيني هنا.

for several reasons.

هذه هي الخلايا المعرضة حقًا لصنع نوع من الجسم الوظيفي.

First of all, it shows us the amazing plasticity of cells

that are genetically wild type.

الشيء الثاني،

There is no genetic editing here.

وقد تم ذلك بالتعاون مع مختبر (جوش بونجارد) في UVM،

These are cells that are really prone to making some sort of functional body.

قاموا بنمذجة هيكل هذه الأشياء وطورته في عالم افتراضي.

The second thing,

and this was done in collaboration with Josh Bongard's lab at UVM,

هذا حرفياً - على جهاز كمبيوتر، قاموا بتصميمه على جهاز كمبيوتر.

they modeled the structure of these things and evolved it in a virtual world.

لذلك هذا هو حرفيا الكائن الوحيد التي أعرفها على وجه هذا الكوكب

الذي حدث تطوره ليس في المحيط الحيوي للأرض

So this is literally -- on a computer, they modeled it on a computer.

ولكن داخل الكمبيوتر.

So this is literally the only organism that I know of on the face of this planet

لذا فإن الخلايا الفردية لها تاريخ تطوري،

whose evolution took place not in the biosphere of the earth

لكن هذا الكائن الحي لم تكن موجودة من قبل.

تم تطويره في هذا العالم الافتراضي،

but inside a computer.

ثم تقدمنا وصنعناه في المختبر،

So the individual cells have an evolutionary history,

ويمكنك أن ترى هذه اللدونة المذهلة.

but this organism has never existed before.

هذا ليس فقط لصنع آلات مفيدة.

It was evolved in this virtual world,

and then we went ahead and made it in the lab,

يمكنك أن تتخيل الآن برمجة هذه للخروج إلى البيئة

and you can see this amazing plasticity.

وجمع السموم والتنظيف،

This is not only for making useful machines.

أو يمكنك تخيلها مصنوعة من خلايا بشرية

التي تستطيع أن تمر عبر جسمك وأن تجمع الخلايا السرطانية

You can imagine now programming these to go out into the environment

أو إعادة تشكيل المفاصل الملتهبة،

and collect toxins and cleanup,

or you could imagine ones made out of human cells

أن تقدم مُرَكبات المتجددة،

كل أنواع الأشياء.

that would go through your body and collect cancer cells

ولكن ليس فقط هذه التطبيقات المفيدة - هذا “ساندبوكس” رائع

or reshape arthritic joints,

لتعلم التواصل إشارات مورفوجينية إلى مجموعات الخلايا.

deliver pro-regenerative compounds,

all kinds of things.

But not only these useful applications -- this is an amazing sandbox

لذا بمجرد كسر هذا، بمجرد أن نفهم كيف تقرر هذه الخلايا ما يجب القيام به،

for learning to communicate morphogenetic signals to cell collectives.

وبعد ذلك، بالطبع، تعلم إعادة كتابة تلك المعلومات،

So once we crack this, once we understand how these cells decide what to do,

الخطوات التالية هي تحسينات كبيرة في الطب التجديدي،

and then we're going to, of course, learn to rewrite that information,

لأننا سنكون قادرين بعد ذلك لإخبار الخلايا ببناء أعضاء صحية.

the next steps are great improvements in regenerative medicine,

وهذه الآن فرصة حاسمة حقًا

لتعلم التواصل مع مجموعات الخلايا،

because we will then be able to tell cells to build healthy organs.

عدم التدخل في التفاصيلهم الدقيقة، عدم إجبار الأجهزة،

للتواصل وإعادة كتابة الأهداف التي تحاول هذه الخلايا تحقيقها.

And so this is now a really critical opportunity

to learn to communicate with cell groups,

- حسنًا، هذه أشياء محيرة للعقل.

not to micromanage them, not to force the hardware,

أخيرًا، مايك، أعطنا قصة واحدة أخرى

to communicate and rewrite the goals that these cells are trying to accomplish.

عن الطب الذي قد يأتي في المستقبل

حين تطور هذا الفهم

CA: Well, it's mind-boggling stuff.

Finally, Mike, give us just one other story

عن كيفية عمل هذه الطبقة الكهروضوئية.

about medicine that might be to come

- نعم، هذا مثير للغاية لأنه، إذا فكرت في الأمر،

as you develop this understanding

معظم مشاكل الطب الحيوي -

of how this bioelectric layer works.

العيوب الخلقية والأمراض التنكسية، الشيخوخة،والإصابة المؤلمة، وحتى السرطان -

ML: Yeah, this is incredibly exciting because, if you think about it,

كلهم يتلخصون في شيءٍ واحد:

most of the problems of biomedicine --

الخلايا لا تبني كما تريد منهم أن يبنوا.

birth defects, degenerative disease, aging, traumatic injury, even cancer --

ولذا إذا فهمنا كيفية التواصل مع هذه المجموعات

وإعادة الكتابة أشكالهم المستهدفة،

all boil down to one thing:

cells are not building what you would like them to build.

And so if we understood how to communicate with these collectives

سنكون قادرين على تطبيع الأورام،

سنكون قادرين على إصلاح العيوب الخلقية،

and really rewrite their target morphologies,

تجديد للأطراف والأعضاء الأخرى،

وهذه أشياء لقد فعلنا بالفعل في نماذج الضفادع.

we would be able to normalize tumors,

والآن الخطوة التالية المثيرة

we would be able to repair birth defects,

induce regeneration of limbs and other organs,

هو أخذ هذا في خلايا الثدييات

and these are things we have already done in frog models.

وتحويل هذا إلى جيل من الطب التجديدي

And so now the next really exciting step

حيث نتعلم التعامل مع كل هذه الاحتياجات الطبية الحيوية

is to take this into mammalian cells

and to really turn this into the next generation of regenerative medicine

من خلال التواصل مع مجموعات الخلايا

وإعادة كتابة ذكريات النمط الكهربائية الحيوية الخاصة بهم

where we learn to address all of these biomedical needs

والشيء الأخير الذي أود أن أقوله هو أن أهمية هذا المجال

by communicating with the cell collectives

ليس فقط للطب الحيوي.

and rewriting their bioelectric pattern memories.

كما ترى، هذا كما بدأت بالقول،

هذه القدرة للخلايا في بيئات جديدة

And the final thing I'd like to say is that the importance of this field

علي بناء كل أنواع الأشياء إلى جانب ما يخبرهم به الجينوم الخاص بهم

is not only for biomedicine.

You see, this, as I started out by saying,

هو مثال للذكاء،

this ability of cells in novel environments

وعلم الأحياء كان يحل المشاكل بذكاء

to build all kinds of things besides what their genome tells them

قبل وقت طويل من ظهور العقول على الساحة.

وهذه هي البدايات أيضًا مصدر إلهام جديد للتعلم الآلي

is an example of intelligence,

and biology has been intelligently solving problems

الذي يشبه الذكاء الاصطناعي من خلايا الجسم، وليس فقط العقول،

long before brains came on the scene.

And so this is also the beginnings of a new inspiration for machine learning

للتطبيقات في ذكاء الكمبيوتر.

that mimics the artificial intelligence of body cells, not just brains,

- مايك ليفين، شكرًا لك لعملك الاستثنائي

for applications in computer intelligence.

ولمشاركتها معنا بشكل مقنع جدا معنا.

شكرًا لك.

شكرًا جزيلاً لك. شكرًا لك كريس.

CA: Mike Levin, thank you for your extraordinary work

and for sharing it so compellingly with us.

Thank you.

ML: Thank you so much. Thank you, Chris.