Michael Levin: The electrical blueprints that orchestrate life | TED

Překladatel: Vladimír Harašta

Chris Anderson: Mike, welcome.

Chris Anderson: Miku, vítejte. Rád vás vidím. Těším se na rozhovor.

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

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

Michael Levin: Moc děkuji. Jsem rád, že tu jsem.

CA: Většina z nás si v biologii osvojila mentální model,

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

that DNA is a property of every living thing,

že DNA je vlastností všech živých tvorů,

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

že je to takový software, který konstruuje hardware našeho těla.

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

Takhle o tom přemýšlí spousta z nás.

That model leaves too many deep mysteries.

Ten model zanechává příliš mnoho velkých záhad.

Can you share with us some of those mysteries

Můžete se s námi o některé z těch záhad podělit

and also what tadpoles have to do with it?

a co s tím mají společného pulci?

ML: Sure. Yeah.

ML: Jistě. Ano.

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

Rád bych vám poskytl jiný pohled na tento problém.

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

Jednou z věcí, kterou DNA dělá, je přesné určení hardwaru každé buňky.

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

DNA říká každé buňce, jaké proteiny by měla mít.

And so when you have tadpoles, for example,

Když si vezmete například pulce,

you see the kind of thing

vybavíte si takového toho živočicha,

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

o kterém se většina lidí domnívá, že se u něj postupně odvíjí genom.

Specific genes turn on and off,

Konkrétní geny se zapínají a vypínají

and a tadpole, as it becomes a frog,

a pulec, když se stává žábou,

has to rearrange its face.

musí změnit svoji vizáž.

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

Takže oči, nosní dírky, čelisti ‒ všechno se musí přesunout.

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

Dřív jsme si o tom mysleli,

you have a sort of hardwired set of movements

že je to jakási pevně daná sada pohybů,

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

kde se všechny ty věci dají do pohybu, dokud nevznikne žába.

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

Ale ve skutečnosti jsme před pár lety našli fakt úžasný fenomén,

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

totiž pokud vytvoříte tzv. „Picassovy žáby“ ‒

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

to jsou pulci, kterým narostly čelisti na straně,

the eyes are up here, the nostrils are moved,

oči mají nahoře, nosní dírky se přesunuly,

so everything is shifted --

všechno je posunuté ‒

these tadpoles make largely normal frog faces.

i tak mají tito pulci do značné míry normální žabí vizáž.

Now, this is amazing,

To je úžasné,

protože už od počátku jsou všechny orgány na netypických místech,

because all of the organs start off in abnormal positions,

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

a přesto nakonec vytvoří docela slušný žabí obličej.

And so what it turns out is that this system,

Ukazuje se, že tento systém,

like many living systems,

stejně jako u mnoha živých systémů,

is not a hardwired set of movements,

není pevně danou sadou pohybů,

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

ale funguje vlastně tak, že snižuje chybu mezi tím, co se děje,

and what it knows is a correct frog face configuration.

a tím, co ví, že je správná konfigurace žabího vzhledu.

This kind of decision-making

Tento druh rozhodování,

that involves flexible responses to new circumstances,

který pružně reaguje na nové okolnosti,

in other contexts, we would call this intelligence.

bychom v jiném kontextu nazvali inteligencí.

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

To, co teď potřebujeme pochopit, jsou nejen mechanismy,

by which these cells execute their movements

kterými tyto buňky vykonávají pohyby

and gene expression and so on,

a genovou expresi a tak dále,

but we really have to understand the information flow:

ale vážně musíme pochopit informační tok:

How do these cells cooperate with each other

Jak tyto buňky vzájemně spolupracují,

to build something large and to stop building

aby postavily něco velkého, a přestaly stavět,

when that specific structure is created?

když je konkrétní struktura vytvořena.

And these kinds of computations, not just the mechanisms,

Tyto druhy výpočtů, nejen mechanismy,

but the computations of anatomical control,

ale i výpočty pro řízení anatomie,

are the future of biology.

jsou budoucností biologie.

CA: And so I guess the traditional model

CA: Hádám, že tradiční model je ten,

is that somehow cells are sending biochemical signals to each other

že buňky mezi sebou nějak vysílají biochemické signály,

that allow that development to happen the smart way.

které ten inteligentní vývoj umožňují.

But you think there is something else at work.

Ale vy si myslíte něco jiného. Co to je?

What is that?

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

ML: Buňky rozhodně komunikují biochemicky a díky fyzikálním silám,

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

ale děje se ještě něco, co je nesmírně zajímavé,

v podstatě se tomu říká bioelektřina,

and it's basically called bioelectricity,

non-neural bioelectricity.

jiného typu než ta neurální.

So it turns out that all cells --

Ukazuje se, že všechny buňky ‒

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

nejen nervové, ale všechny buňky v těle ‒

communicate with each other using electrical signals.

spolu komunikují pomocí elektrických signálů.

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

To, co zde vidíte, je časosběrné video.

For the first time,

Poprvé v dějinách

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

jsme schopni odposlouchávat veškeré elektrické konverzace,

that the cells are having with each other.

které buňky mezi sebou vedou.

So think about this.

Zamyslete se nad tím.

We're now watching --

Teď sledujeme ‒ toto je rané žabí embryo.

This is an early frog embryo.

This is about eight hours to 10 hours of development.

Jeho vývoj trval asi osm až deset hodin.

And the colors are showing you actual electrical states

A barvy ukazují aktuální elektrické stavy,

that allow you to see all of the electrical software

které vám umožňují pozorovat veškerý elektrický software,

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

který běží na genomem definovaném buněčném hardware.

And so these cells are basically communicating with each other

Tyto buňky spolu v podstatě komunikují,

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

která z nich se stane hlavou, která bude ocasem,

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

která bude vlevo nebo vpravo a ze které budou oči, mozek a tak dál.

And so it is this software

Takže to je ten software,

that allows these living systems to achieve specific goals,

který umožňuje těmto živým systémům dosažení konkrétních cílů,

goals such as building an embryo

cílů, jako je sestavení embrya

or regenerating a limb for animals that do this,

nebo regenerace končetiny u živočichů, kteří to umí.

and the ability to see these electrical conversations

Schopnost vidět tyto elektrické konverzace

gives us some really remarkable opportunities

nám dává opravdu pozoruhodné možnosti

to target or to rewrite the goals towards which

zacílit na nebo přepsat cíle,

na kterých tyto živé systémy pracují.

these living systems are operating.

CA: OK, so this is pretty radical.

CA: OK, tohle je docela radikální. Uvidíme, jestli tomu rozumím.

Let me see if I understand this.

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

Říkáte, že když se organismus začne vyvíjet,

as soon as a cell divides,

tak jakmile se buňky rozdělí,

electrical signals are shared between them.

sdílejí mezi sebou elektrické signály.

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

Ale když se dostanete ke stovce, několika stovkám buněk,

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

tak se tyto signály nakonec zformují do v podstatě počítačového programu,

programu, který v sobě zahrnuje všechny potřebné informace,

a program that somehow includes all the information needed

to tell that organism

aby řekl tomu organismu, jaký je jeho osud.

what its destiny is?

Is that the right way to think about it?

Je správné o tom takhle přemýšlet?

ML: Yes, quite.

ML: Ano, docela ano.

Basically, what happens is that these cells,

V podstatě se stane to, že tyto buňky

by forming electrical networks much like networks in the brain,

vytvářením elektrických sítí, hodně podobných sítím v mozku,

they form electrical networks,

utvoří elektrické sítě

and these networks process information including pattern memories.

a tyto sítě zpracovávají informace, včetně pamětí vzorů.

They include representation of large-scale anatomical structures

Mezi ně patří i reprezentace rozsáhlých anatomických struktur,

where various organs will go,

kde budou umístěny které orgány,

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

jak budou vypadat různé osy živočicha ‒ předek a zadek, hlava a ocas ‒

are going to be,

a ty jsou doslova vtištěny do elektrických obvodů

and these are literally held in the electrical circuits

across large tissues

napříč velkými tkáněmi,

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

stejně jako si mozek uchovává jiné druhy vzpomínek a vědomostí.

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

CA: Je tedy správné o tom takto přemýšlet?

Because this seems to be such a big shift.

Protože to vypadá na opravdu velký posun.

I mean, when I first got a computer,

Když jsem si poprvé pořídil počítač,

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

měl jsem respekt k lidem kteří dokázali psát tzv. „strojový kód“,

like the direct programming of individual bits in the computer.

například přímo programovali jednotlivé bity v počítači.

That was impossible for most mortals.

To většina smrtelníků nedokázala.

To have a chance of controlling that computer,

Abyste měli šanci ten počítač ovládat,

you'd have to program in a language,

museli jste programovat v nějakém jazyce,

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

což byl mnohem jednodušší způsob,

jak dělat věci v širším měřítku.

And if I understand you right,

A jestli vám dobře rozumím,

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

říkáte, že většina oblastí biologie se dnes svým způsobem snaží

trying to do the equivalent of machine code programming,

dosáhnout ekvivalentu programování ve strojovém kódu,

of understanding the biochemical signals between individual cells,

pochopit biochemické signály mezi jednotlivými buňkami,

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

pokud, moment, sakra, s tím jazykem pokročíte,

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

pokud byste tomu elektrickému jazyku porozuměli,

that would give us a completely different set of insights

poskytl by nám zcela odlišné představy o tom,

into how organisms are developing.

jak se organismy vyvíjejí.

Is that metaphor basically right?

Je ta metafora v zásadě správná?

ML: Yeah, this is exactly right.

ML: Ano, to je přesně ono.

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

Když se zamyslíte nad tím, jak se programovalo ve 40. letech,

in order to get your computer to do something different,

tak aby počítač udělal něco jiného,

museli jste fyzicky přepojit vodiče.

you would physically have to shift the wires around.

Museli jste jít a předělat hardware.

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

Museli jste přímo interagovat s hardwarem

You'd have to interact with the hardware directly,

a všechny vaše strategie pro manipulaci s tím strojem

and all of your strategies for manipulating that machine

would be at the level of the hardware.

byly na úrovni hardwaru.

A důvod, proč teď zažíváme tu úžasnou technologickou revoluci,

And the reason we have this now amazing technology revolution,

information sciences and so on,

informační vědy a tak dále,

is because computer science moved from a focus on the hardware

se děje proto, že počítačová věda přesunula pozornost od hardware

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

k uvědomění si, že pokud je váš hardware dost dobrý ‒

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

a řeknu vám, že biologický hardware je naprosto dostačující ‒

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

pak nemusíte interagovat se systémem tím, že vylepšíte nebo předěláte hardware,

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

ale vlastně se tím nezabýváte a dáváte mu podněty nebo vstupy tak,

the way that you would give to a reprogrammable computer

jako byste je zadávali do programovatelného počítače,

and cause the cellular network to do something completely different

a donutíte buněčnou síť dělat něco úplně jiného,

than it would otherwise have done.

než původně dělala.

So the ability to see these bioelectrical signals

Schopnost vidět tyto bioelektrické signály

is giving us an entry point directly into the software

nám dává vstupní bod přímo do softwaru,

that guides large-scale anatomy,

který celkově řídí anatomii,

which is a very different approach to medicine

což je úplně jiný přístup k medicíně

than to rewiring specific pathways inside of every cell.

než předělávat určité dráhy uvnitř každé buňky.

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

CA: V mnoha ohledech úžasnost vaší práce

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

spočívá v tom, že začínáte luštit kód těchto elektrických signálů,

and you've got an amazing demonstration of this

a vy k tomu máte úžasnou ukázku

in these flatworms.

v podobě těchto ploštěnců.

Tell us what's going on here.

Povězte nám, co se tady děje.

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

ML: Tohle je tvor známý jako ploštěnka.

They're flatworms.

Patří mezi ploštěnce.

They're actually quite a complex creature.

Jsou to vlastně docela složitá stvoření.

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

Mají opravdový mozek, spoustu různých orgánů a tak dále.

And the amazing thing about these planaria

A tyto ploštěnky mají úžasnou vlastnost,

is that they are highly, highly regenerative.

mají vysokou schopnost regenerace.

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

Když ji nakrájíte na kousky ‒ vlastně až na více než 200 kusů ‒

every piece will rebuild exactly what's needed

každý kus si znovu dostaví přesně to, co je potřeba

to make a perfect little worm.

k vytvoření dokonalého červíka.

So think about that.

Zamyslete se nad tím.

This is a system where every single piece

Toto je systém, kde každý kus

knows exactly what a correct planarian looks like

přesně ví, jak má vypadat správná ploštěnka

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

a postaví správné orgány na správných místech a pak skončí.

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

A to je jeden z nejúžasnějších poznatků o regeneraci.

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

Zjistili jsme, že když ji rozkrájíme na tři kusy,

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

amputujeme jí hlavu a ocas a vezmeme ten prostřední fragment,

which is what you see here,

který zde vidíte,

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

překvapivě je od hlavy k ocasu generován elektrický gradient,

that tells the piece where the heads and the tails go

který tomu kousku říká, kde bude hlava a kde ocas

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

a kolik hlav nebo ocasů má mít.

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

Naučili jsme se s tímto elektrickým gradientem manipulovat,

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

a důležité je, že neuplatňujeme elektřinu.

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

Místo toho jsme zapnuli a vypnuli malé tranzistory ‒

they're actual ion channel proteins --

jsou to skutečné proteiny iontového kanálu ‒

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

který každá buňka přirozeně používá k nastavení elektrického stavu.

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

Teď tedy máme způsob, jak je zapnout a vypnout,

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

a když to uděláte, můžete například přepnout obvod

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

do stavu, který říká, ne, postav dvě hlavy,

or in fact, build no heads.

nebo nestav žádnou hlavu.

A zde vidíte skutečné červy,

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

kteří na základě toho mají buď dvě, nebo žádnou hlavu,

that result from this,

because that electrical map is what the cells are using

protože elektrická mapa je tím, co buňky používají k rozhodnutí, co dělat.

to decide what to do.

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

To, co zde vidíte, jsou živí dvouhlaví červi.

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

A když jsem je vygeneroval, udělali jsme naprosto bláznivý experiment.

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

Vezmete jednoho dvouhlavého červa, useknete mu obě hlavy

and you leave just the normal middle fragment.

a zůstane vám jen normální prostřední fragment.

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

Uvědomte si, že tito živočichové nebyli genomicky upraveni.

There's absolutely nothing different about their genomes.

Jejich genom se vůbec nijak neliší.

Their genome sequence is completely wild type.

Sekvence genů je naprosto stejná jako v přírodě.

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

Takže amputujete hlavy, máte pěkný, normální fragment,

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

a pak se ptáte, co se bude dít v obyčejné vodě.

And, of course, the standard paradigm would say,

Podle standardního paradigmatu bychom řekli,

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

že pokud jste se zbavili této nadbytečné ektopické tkáně

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

a genom není upraven, měl by vzniknout úplně normální červ.

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

A je úžasné, že se to neděje.

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

Když tyto červy řežete znovu a znovu, tak v obyčejné vodě

they continue to regenerate as two-headed.

pokračují v regeneraci se dvěma hlavami.

Think about this.

Zamyslete se nad tím.

The pattern memory to which these animals will regenerate after damage

Paměť vzoru, podle kterého se po poškození tito živočichové zregenerují,

has been permanently rewritten.

byla trvale přepsána.

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

Vlastně ji teď můžeme znovu přepsat a bez jakýchkoliv úprav genomu

without any genomic editing.

je změnit zpět na jednohlavé.

So this right here is telling you that the information structure

Říká nám to, že informační struktura,

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

která těmto červům sděluje, kolik hlav mají mít,

is not directly in the genome.

není přímo v genomu.

It is in this additional bioelectric layer.

Je v této dodatečné bioelektrické vrstvě.

Probably many other things are as well.

Asi tomu tak je i u mnoha jiných věcí.

And we now have the ability to rewrite it.

A teď máme možnost to přepsat.

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

A to je samozřejmě klíčová definice paměti.

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

Musí být stabilní, dlouhodobě stabilní, a musí se dát přepsat.

And we are now beginning to crack this morphogenetic code

Nyní začínáme dešifrovat tento morfogenetický kód

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

a ptáme se, jak tyto tkáně ukládají mapu toho, co dělat,

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

a jak do ní můžeme vstoupit a přepsat ji, aby výsledky byly jiné.

CA: I mean, that seems incredibly compelling evidence

CA: Tedy, zdá se, že máte neuvěřitelně přesvědčivý důkaz,

that DNA is just not controlling the actual final shape

že DNA prostě neřídí skutečný finální tvar

of these organisms,

těchto organismů,

that there's this whole other thing going on,

že se děje spousta dalších věcí

and, boy, if you could crack that code,

a kdybyste ten kód rozluštili,

what else could that lead to.

k čemu všemu by to mohlo vést.

By the way, just looking at these ones.

Mimochodem, stačí se podívat na tyhle.

What is life like for a two-headed flatworm?

Jak vypadá život dvouhlavého červa?

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

Vypadá to, že je to tak trochu kompromis.

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

Dobré je, že máte úžasný trojrozměrný pohled na svět,

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

ale horší je, že musíte vyměšovat ústy na obou stranách.

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

ML: Červi mají tyhle trubičky zvané hltany,

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

ty trubice jsou zhruba uprostřed těla

and they excrete through that.

a tudy vylučují.

These animals are perfectly viable.

Jsou dokonale životaschopní.

They're completely happy, I think.

Myslím, že jsou naprosto spokojení.

The problem, however,

Problém je však v tom,

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

že ty dvě hlavy tak dobře nespolupracují

and so they don't really eat very well.

a tak se moc dobře nenají.

But if you manage to feed them by hand,

Ale když je dokážete nakrmit ručně, budou žít navždy,

they will go on forever,

vlastně je dobré vědět, že jsou v podstatě nesmrtelní.

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

Protože se tihle červi dokážou tak úspěšně regenerovat,

So these worms, because they are so highly regenerative,

they have no age limit,

nemají žádný věkový limit

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

a říkají nám, že když toto tajemství regenerace rozlouskneme,

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

což neznamená jen růst nových buněk, ale i vědět, kdy přestat ‒

you see, this is absolutely crucial --

vidíte, to je naprosto zásadní ‒

if you can continue to exert this really profound control

pokud dokážete pokračovat v uplatňování této opravdu důkladné kontroly

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

nad trojrozměrnými strukturami, o které buňky usilují,

you could defeat aging as well as traumatic injury

můžete překonat stárnutí i traumatická zranění a podobné věci.

and things like this.

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

Mějte na paměti jednu věc, že schopnost přepisovat

the large-scale anatomical structure of the body

rozsáhlé anatomické struktury těla

is not just a weird planarian trick.

není jen podivným trikem ploštěnek.

It's not just something that works in flatworms.

Není to něco, co funguje jen u ploštěnců.

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

Tady vidíte pulce s okem a střevem,

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

Zapnuli jsme velmi specifický iontový kanál.

So we basically just manipulated these little electrical transistors

V podstatě jsme manipulovali s těmi malými elektrickými tranzistory,

that are inside of cells,

které jsou uvnitř buněk,

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

a na některých z těchto střevních buněk jsme vyvolali stav,

that's normally associated with building an eye.

který normálně nastává při růstu oka.

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

V důsledku toho ty buňky budují oko.

These eyes are complete.

Tyhle oči jsou kompletní.

They have optic nerve, lens, retina,

Mají zrakový nerv, čočku, sítnici,

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

všechno, co má správné oko mít.

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

Mimochodem, oni jimi normálně vidí.

And what you're seeing here

Zde vidíte, že spuštěním podprogramu pro stavbu oka

is that by triggering eye-building subroutines

in the physiological software of the body,

ve fyziologickém softwaru těla

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

můžete tělu velmi snadno říci, aby vybudovalo složitý orgán.

And this is important for our biomedicine,

To je důležité pro naši biomedicínu,

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

protože nevíme, jak do detailu řídit stavbu oka.

Myslím, že bude trvat opravdu dlouho,

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

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

než dokážeme od základů stavět věci jako oči nebo ruce a další.

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

Ale nepotřebujeme to, protože tělo už ví, jak na to,

and there are these subroutines that can be triggered

a máme tyto podprogramy, jenž mohou být spuštěny

by specific electrical patterns that we can find.

podle specifických elektrických vzorů, které dokážeme najít.

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

Říkáme tomu „prolomení bioelektrického kódu“.

We can make eyes. We can make extra limbs.

Můžeme vytvořit oči a další končetiny.

Here's one of our five-legged tadpoles.

Tady je jeden z našich pětinohých pulců.

We can make extra hearts.

Můžeme vyrobit další srdce.

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

Začínáme prolamovat kód, abychom pochopili,

kde se v tomto softwaru nachází podprogramy,

in this software

that we can trigger and build these complex organs

které můžeme spustit a vytvářet tyto složité orgány,

long before we actually know how to micromanage the process

dlouho předtím, než se dozvíme, jak tento proces detailně řídit

at the cellular level.

na buněčné úrovni.

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

CA: S tím, jak jste začali poznávat tuto elektrickou vrstvu

and what it can do,

a co dokáže,

you've been able to create --

byli jste schopni vytvářet ‒

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

dá se říct, že je to skoro jako nová, neotřelá forma života

called a xenobot?

nazývaná xenobot?

Talk to me about xenobots.

Povězte mi o xenobotech.

ML: Right.

ML: Správně.

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

Když se nad tím zamyslíte, vede to k opravdu podivné predikci.

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

Pokud buňky opravdu poslušně staví orgány podle konkrétní mapy,

we could take genetically unaltered cells,

mohly by nám stačit geneticky neupravené buňky,

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

a to, co zde vidíte, jsou buňky odebrané z žabího těla.

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

Spojily se způsobem, který je žádá, aby přehodnotily svou mnohobuněčnost.

And what you see here

A zde vidíte, že když se osvobodí od zbytku těla živočicha,

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

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

vytvářejí taková malá nová tělíčka, která se co se týče chování,

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

dokážou pohybovat, procházejí bludištěm.

They are completely different from frogs or tadpoles.

Jsou úplně jiná než žáby nebo pulci.

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

Když mají žabí buňky přehodnotit, jaký druh těla by měly vytvořit,

do something incredibly interesting.

udělají něco neuvěřitelně zajímavého.

They use the hardware that their genetics gives them,

Používají hardware, který jim jejich genetika dává,

for example, these little hairs, these little cilia

například tyto malé chloupky, tyto malé brvy,

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

které se běžně používají k redistribuci hlenu vně žáby,

those are genetically specified.

jsou specifikované geneticky.

But what these creatures did,

Ale tito tvorové,

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

když se buňkám podařilo vytvořit nové druhy těl,

they have figured out how to use these little cilia

přišli na to, jak tyto malé brvy používat

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

k pádlování ve vodě, a teď jsou schopni pohybu.

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

Takže se mohou nejen volně pohybovat, ale tady vidíte,

is that these cells are coalescing together.

že se ty buňky spojují dohromady.

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

Teď si spolu začínají povídat o tom, co budou dělat.

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

Zde vidíte, že těmi výměnami informací jsou ty záblesky.

Keep in mind, this is just skin.

Nezapomeňte, že je to jen kůže.

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

Nervový systém neexistuje. Nemá to žádný mozek. Tohle je jen kůže.

This is skin that has learned to make a new body

Toto je kůže, která se naučila vytvářet nové tělo

and to explore its environment and move around.

a zkoumat své prostředí a pohybovat se.

And they have spontaneous behaviors.

Mají spontánní chování.

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

Tady vidíte, jak to plave tímto bludištěm.

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

V tuto chvíli se to rozhodlo otočit a vrátit se tam, odkud to přišlo.

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

Má to své vlastní chování a z několika důvodů

jde o pozoruhodný modelový systém.

for several reasons.

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

Především nám to ukazuje úžasnou plasticitu buněk,

that are genetically wild type.

které se přirozeně vyskytují.

There is no genetic editing here.

Nejsou tu žádné genetické úpravy.

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

Jsou to buňky, které mají tendenci vyrábět nějaký druh funkčního těla.

The second thing,

Druhá věc,

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

a na té jsme spolupracovali s laboratoří Joshe Bongarda na UVM,

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

oni modelovali strukturu těchto živočichů a vyvíjeli ji ve virtuálním světě.

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

Stalo se to doslova ‒ na počítači, vymodelovali to na počítači.

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

Toto je opravdu jediný organismus na této planetě, o kterém vím,

whose evolution took place not in the biosphere of the earth

že jeho evoluce neproběhla v biosféře Země,

but inside a computer.

ale v počítači.

So the individual cells have an evolutionary history,

Jednotlivé buňky mají evoluční historii,

but this organism has never existed before.

ale tento organismus nikdy předtím neexistoval.

It was evolved in this virtual world,

Byl vyvinut se ve virtuálním světě

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

a pak jsme pokračovali a vyrobili ho v laboratoři,

and you can see this amazing plasticity.

vidíte tu úžasnou plasticitu.

This is not only for making useful machines.

Neslouží to jen k výrobě užitečných strojů.

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

Představte si, že jsou naprogramovány tak, aby se vydaly do prostředí

and collect toxins and cleanup,

a sbíraly toxiny a uklízely,

or you could imagine ones made out of human cells

nebo si je můžete představit vyrobené z lidských buněk,

that would go through your body and collect cancer cells

jak procházejí vaším tělem a sbírají rakovinné buňky

or reshape arthritic joints,

nebo přetvářejí artritické klouby,

deliver pro-regenerative compounds,

dodávají proregenerativní sloučeniny, to všechno je možné.

all kinds of things.

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

Ale nejen tyto užitečné aplikace ‒ je to úžasné pískoviště,

for learning to communicate morphogenetic signals to cell collectives.

kde se dá učit, jak posílat morfogenetické signály souborům buněk.

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

Jakmile je rozluštíme, jakmile pochopíme, jak se tyto buňky rozhodují, co dělat,

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

pak se samozřejmě naučíme tyto informace přepisovat,

the next steps are great improvements in regenerative medicine,

dalšími kroky budou ohromná vylepšení v regenerativní medicíně,

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

protože pak budeme schopni sdělit buňkám, že mají stavět zdravé orgány.

And so this is now a really critical opportunity

Teď máme opravdu zásadní příležitost

to learn to communicate with cell groups,

naučit se komunikovat se skupinami buněk,

not to micromanage them, not to force the hardware,

ne je detailně řídit, nezrychlovat hardware,

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

ale komunikovat a přepisovat cíle, kterých se tyto buňky snaží dosáhnout.

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

CA: To jsou ohromující věci.

Finally, Mike, give us just one other story

Na závěr Miku uveďte ještě jeden příklad z medicíny,

about medicine that might be to come

který se může objevit,

as you develop this understanding

až si osvojíte znalosti,

of how this bioelectric layer works.

jak tato bioelektrická vrstva funguje.

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

ML: Je to neuvěřitelně vzrušující, protože když se nad tím zamyslíte,

most of the problems of biomedicine --

většina problémů biomedicíny ‒

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

vrozené vady, degenerativní onemocnění,

stárnutí, traumatická zranění, dokonce rakovina ‒

all boil down to one thing:

to všechno stručně znamená jedno:

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

buňky nestaví to, co byste chtěli, aby stavěly.

And so if we understood how to communicate with these collectives

Kdybychom rozuměli tomu, jak komunikovat s těmito soubory buněk

and really rewrite their target morphologies,

a skutečně přepsali jejich cílové morfologie,

we would be able to normalize tumors,

byli bychom schopni normalizovat nádory,

we would be able to repair birth defects,

dokázali bychom opravit vrozené vady,

induce regeneration of limbs and other organs,

ovlivnit regeneraci končetin a dalších orgánů,

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

a to jsou věci, které jsme už udělali na žabích modelech.

And so now the next really exciting step

Dalším opravdu vzrušujícím krokem

is to take this into mammalian cells

je vzít savčí buňky

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

a ten objev skutečně proměnit v další generaci regenerativní medicíny,

where we learn to address all of these biomedical needs

kde se naučíme řešit všechny tyto biomedicínské potřeby

by communicating with the cell collectives

prostřednictvím komunikace se soubory buněk

and rewriting their bioelectric pattern memories.

a přepisováním jejich bioelektrických pamětí vzorů.

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

A poslední věc, kterou bych rád řekl, je, že tato oblast

is not only for biomedicine.

není důležitá jen pro biomedicínu.

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

Víte, jak jsem říkal na začátku,

this ability of cells in novel environments

tato schopnost buněk stavět různé věci

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

v neobvyklých prostředích, nad rámec toho, co jim říká jejich genom,

is an example of intelligence,

je příkladem inteligence

and biology has been intelligently solving problems

a biologie inteligentně řešila problémy

long before brains came on the scene.

dávno předtím, než se objevil mozek.

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

To je také začátek nové inspirace pro strojové učení,

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

které napodobuje umělou inteligenci buněk v těle, nejen v mozku,

for applications in computer intelligence.

pro aplikace v počítačové inteligenci.

CA: Mike Levin, thank you for your extraordinary work

CA: Miku Levine, děkuji vám za vaši mimořádnou práci a za to,

and for sharing it so compellingly with us.

že jste nás s ní tak přesvědčivě seznámil.

Thank you.

Děkuji.

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

ML: Moc děkuji. Děkuji, Chrisi.