Michael Levin: The electrical blueprints that orchestrate life | TED

Traduttore: Marco Bartocci Revisore: Chiara Polesinanti

Chris Anderson: Mike benvenuto; è bello vederti.

Sono entusiasta per questa conversazione.

Micheal Levin: Grazie mille; sono felice di essere qua.

CA: La maggior parte di noi ha questo modello mentale in biologia

Chris Anderson: Mike, welcome.

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

che il DNA è una proprietà di ogni essere vivente,

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

che è una sorta di software che crea l’hardware del corpo.

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

that DNA is a property of every living thing,

Questo è ciò che molti di noi pensano.

Quel modello lascia troppi misteri.

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

Puoi condividere con noi alcuni di questi misteri

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

e anche cosa c’entrano i girini?

That model leaves too many deep mysteries.

ML: Certo, sì.

Can you share with us some of those mysteries

Vorrei darvi un’altra prospettiva su questo problema.

Una delle cose che il DNA fa è specificare l’hardware di ogni cellula.

and also what tadpoles have to do with it?

ML: Sure. Yeah.

Il DNA dice a ogni cellula quali proteine deve avere.

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.

Così, nel caso dei girini, ad esempio,

vedi qualcosa

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

che quasi tutti pensano sia una sorta di svolgimento progressivo del genoma.

And so when you have tadpoles, for example,

Geni specifici si accendono e spengono,

you see the kind of thing

e un girino, mentre diventa rana,

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

deve risistemare la sua faccia.

Quindi gli occhi, le narici, le mascelle, tutto si deve muovere.

Specific genes turn on and off,

E una volta si pensava che si trattasse di un insieme di movimenti programmati

and a tadpole, as it becomes a frog,

has to rearrange its face.

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

dove tutte queste cose si muovono e poi si ottiene una rana.

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

Ma in realtà, alcuni anni fa, abbiamo scoperto un fenomeno incredibile:

you have a sort of hardwired set of movements

se crei le cosiddette “Rane Picasso” --

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

ossia girini dove le mascelle potrebbero essere di lato,

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

gli occhi sono qui, le narici sono spostate,

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

quindi tutto è spostato --

questi girini fanno delle facce di rana per lo più normali.

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

È una cosa incredibile,

the eyes are up here, the nostrils are moved,

perché tutti gli organi partono in posizioni anomale,

so everything is shifted --

these tadpoles make largely normal frog faces.

ma alla fine si forma lo stesso una faccia corretta.

Now, this is amazing,

Quindi quello che emerge è che questo sistema,

because all of the organs start off in abnormal positions,

come molti altri sistemi viventi,

non è un insieme programmato di movimenti,

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

ma in realtà lavora per ridurre l’errore tra ciò che sta succedendo ora

And so what it turns out is that this system,

like many living systems,

e quello che sa essere la corretta configurazione della faccia della rana.

is not a hardwired set of movements,

Questo processo decisionale

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

che coinvolge risposte flessibili a circostanze nuove,

and what it knows is a correct frog face configuration.

in altri contesti, lo chiameremmo intelligenza.

Così quello che dobbiamo capire ora non sono soltanto i meccanismi

This kind of decision-making

that involves flexible responses to new circumstances,

con cui queste cellule eseguono i loro movimenti

in other contexts, we would call this intelligence.

e l’espressione genica e così via,

ma dobbiamo davvero capire il flusso di informazioni:

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

come cooperano queste cellule l’una con l’altra

by which these cells execute their movements

per creare una cosa grande e smettere di creare

and gene expression and so on,

but we really have to understand the information flow:

quando la struttura specifica è creata?

How do these cells cooperate with each other

Queste elaborazioni dei dati, non solo i meccanismi,

to build something large and to stop building

ma le elaborazioni di dati per il controllo anatomico

when that specific structure is created?

sono il futuro della biologia.

CA: Quindi immagino che il modello tradizionale

And these kinds of computations, not just the mechanisms,

sia che le cellule si mandano dei segnali biochimici

but the computations of anatomical control,

are the future of biology.

per permettere allo sviluppo di avvenire in modo intelligente.

CA: And so I guess the traditional model

is that somehow cells are sending biochemical signals to each other

Ma pensi ci sia qualcos’altro all’opera.

Cos’è?

that allow that development to happen the smart way.

ML: Beh, certo le cellule comunicano biochimicamente e attraverso forze fisiche

ma avviene qualcos’altro di estremamente interessante,

But you think there is something else at work.

che si chiama biolelettricità,

What is that?

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

bioelettricità non neurale.

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

Si è scoperto che tutte le cellule,

non solo i nervi, ma tutte le cellule nel corpo,

and it's basically called bioelectricity,

comunicano tra loro usando segnali elettrici.

Quello che vedi qui è un video time-lapse.

non-neural bioelectricity.

So it turns out that all cells --

Per la prima volta,

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

possiamo origliare tutte le conversazioni elettriche

communicate with each other using electrical signals.

che le cellule hanno tra di loro.

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

Pensaci.

For the first time,

Stiamo guardando un embrione precoce di rana.

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

Questo è uno stadio di sviluppo a otto, dieci ore.

that the cells are having with each other.

I colori mostrano veri e propri stati elettrici

So think about this.

We're now watching --

che permettono di vedere tutto il software elettrico

This is an early frog embryo.

This is about eight hours to 10 hours of development.

che viene eseguito sull’hardware cellulare definito dal genoma.

And the colors are showing you actual electrical states

Queste cellule stanno di fatto comunicandosi tra loro

that allow you to see all of the electrical software

chi sarà la testa, chi sarà la coda,

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

chi sarà a sinistra e a destra e farà gli occhi e il cervello e così via.

And so these cells are basically communicating with each other

Quindi è questo software

che permette a questi sistemi viventi di raggiungere specifici obiettivi,

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.

come la creazione di un embrione

o la rigenerazione di un arto, negli animali che lo fanno.

And so it is this software

that allows these living systems to achieve specific goals,

La capacità di vedere queste conversazioni elettriche

goals such as building an embryo

or regenerating a limb for animals that do this,

ci dà delle opportunità davvero notevoli

and the ability to see these electrical conversations

per indirizzarci o riscrivere gli obiettivi

verso cui questi sistemi viventi stanno operando.

CA: Ok, è piuttosto drastico.

gives us some really remarkable opportunities

Vediamo se ho ben capito.

to target or to rewrite the goals towards which

Quello che stai dicendo è che quando un organismo inizia a svilupparsi,

these living systems are operating.

non appena una cellule si divide,

CA: OK, so this is pretty radical.

i segnali elettrici sono condivisi tra loro.

Let me see if I understand this.

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

Ma appena si arriva a qualche centinaio di cellule,

as soon as a cell divides,

electrical signals are shared between them.

in qualche modo questi segnali formano come una specie di software,

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

un programma che include tutte le informazioni necessarie

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

per dire all’organismo

qual è il suo destino.

a program that somehow includes all the information needed

È il giusto modo di pensarlo?

ML: Sì, abbastanza.

Di fatto, quello che accade è che queste cellule,

to tell that organism

formando reti elettriche simili alle reti neurali nel cervello,

what its destiny is?

Is that the right way to think about it?

formano delle reti elettriche

ML: Yes, quite.

Basically, what happens is that these cells,

e queste reti processano le informazioni che includono memorie di modelli.

by forming electrical networks much like networks in the brain,

Includono le rappresentazioni delle grandi strutture anatomiche,

they form electrical networks,

and these networks process information including pattern memories.

di dove andranno i vari organi,

quali saranno i diversi assi dell’animale,

They include representation of large-scale anatomical structures

davanti e dietro, testa e coda,

e queste sono letteralmente tenute nei circuiti elettrici

where various organs will go,

che attraversano i tessuti estesi,

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

nello stesso modo in cui il cervello tiene altri tipi di memorie e conoscenze.

are going to be,

and these are literally held in the electrical circuits

CA: Quindi è questo il modo giusto di pensare la cosa?

across large tissues

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

Perché sembra essere un grande cambiamento.

Cioè, quando ho preso il mio primo computer,

ero incantato dalle persone che creavano i “codici macchina”,

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

Because this seems to be such a big shift.

come la programmazione diretta di singoli bit nel computer.

I mean, when I first got a computer,

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

Era impossibile per gran parte dei mortali.

Per poter controllare tale computer,

dovevi programmare in un linguaggio,

like the direct programming of individual bits in the computer.

che era un modo molto più facile di realizzare il quadro generale.

That was impossible for most mortals.

To have a chance of controlling that computer,

you'd have to program in a language,

E se capisco bene,

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

quello che dici è che gran parte della biologia oggi si è svolta

provando a fare l’equivalente della programmazione di codici macchina,

a capire i segnali biochimici tra le singole cellule,

And if I understand you right,

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

quando, invece, c’è questo linguaggio in corso,

trying to do the equivalent of machine code programming,

questo linguaggio elettrico che, se lo si capisse,

of understanding the biochemical signals between individual cells,

ci darebbe un insieme completamente diverso di conoscenze

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

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

su come gli organismi si sviluppano.

È corretta questa metafora?

ML: Sì, è corretta.

that would give us a completely different set of insights

Se pensi a come si faceva programmazione negli anni ’40,

into how organisms are developing.

per far fare qualcosa di diverso al tuo computer,

Is that metaphor basically right?

dovevi spostare fisicamente i fili.

ML: Yeah, this is exactly right.

Dovevi andare lì e rifare il cablaggio dell’hardware.

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

Dovevi interagire direttamente con l’hardware,

in order to get your computer to do something different,

e tutte le strategie per manipolare quella macchina

you would physically have to shift the wires around.

erano a livello dell’hardware.

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

E il motivo per cui abbiamo questa magnifica rivoluzione tecnologica,

You'd have to interact with the hardware directly,

le scienze informatiche e così via,

and all of your strategies for manipulating that machine

è perché l’informatica si è spostata dall’attenzione sull’hardware

would be at the level of the hardware.

And the reason we have this now amazing technology revolution,

alla comprensione che se il tuo hardware è abbastanza buono,

information sciences and so on,

e ti dirò che l’hardware biologico è assolutamente abbastanza buono,

is because computer science moved from a focus on the hardware

allora puoi interagire col sistema non modificando o rifacendo

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

il cablaggio dell’hardware,

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

ma puoi fare un passo indietro e dargli stimoli o input,

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

come faresti con un computer riprogrammabile,

e forzare la rete cellulare a fare qualcosa di completamente diverso

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

di quello che avrebbe altrimenti fatto.

the way that you would give to a reprogrammable computer

Quindi la possibilità di vedere questi segnali bioelettrici

and cause the cellular network to do something completely different

ci dà un punto di entrata direttamente nel software

than it would otherwise have done.

che guida l’anatomia su larga scala,

So the ability to see these bioelectrical signals

che è un approccio molto diverso alla medicina

is giving us an entry point directly into the software

che rifare il cablaggio di specifiche vie in ogni cellula.

that guides large-scale anatomy,

CA: In molti modi, questa è la straordinarietà del tuo lavoro,

which is a very different approach to medicine

stai iniziando a decifrare il codice di questi segnali elettrici,

than to rewiring specific pathways inside of every cell.

e hai una stupenda dimostrazione di ciò

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

in questi platelminti.

Dicci cosa sta succedendo.

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

ML: Questa è una creatura conosciuta come planaria.

and you've got an amazing demonstration of this

Sono platelminti.

in these flatworms.

Sono creature piuttosto complesse.

Tell us what's going on here.

Hanno un vero cervello, molti organi diversi e così via.

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

E la cosa incredibile di queste planarie è che hanno notevoli capacità rigenerative.

They're flatworms.

They're actually quite a complex creature.

Quindi se la tagli in pezzi, di fatto, in oltre 200 pezzi,

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

And the amazing thing about these planaria

ogni pezzo ricostruirà esattamente ciò che serve

is that they are highly, highly regenerative.

per fare un piccolo verme perfetto.

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

Pensaci.

È un sistema dove ogni singolo pezzo

every piece will rebuild exactly what's needed

sa esattamente come appare una planaria corretta

e crea gli organi giusti nei posti giusti e poi si ferma.

to make a perfect little worm.

So think about that.

This is a system where every single piece

Ed è una delle cose più incredibili della rigenerazione.

knows exactly what a correct planarian looks like

Abbiamo scoperto che se la tagli in tre pezzi

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

e amputi la testa e la coda e prendi il frammento centrale,

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

che è quello che vedi qui,

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

incredibilmente, c’è un gradiente elettrico, da testa a coda,

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

che viene generato,

che dice al pezzo dove vanno la testa e la coda

which is what you see here,

e quante teste e code dovresti avere.

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

Quindi, abbiamo imparato a manipolare questo gradiente elettrico,

that tells the piece where the heads and the tails go

e la cosa importante è che non applichiamo elettricità.

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

Ciò che invece facciamo è accendere e spegnere dei piccoli transistor,

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

ossia dei canali ionici, che sono proteine,

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

che ogni cellula usa nativamente per stabilire questo stato elettrico.

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

Così ora abbiamo dei modi per accenderli e spegnerli,

they're actual ion channel proteins --

e quando lo fai, una delle cose che puoi fare

è spostare quel circuito a uno stato che dice di creare due teste

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

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

o di non creare teste.

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

Quello che vedi qui sono veri vermi che hanno o due o nessuna testa,

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

ciò deriva da questo,

perchéle cellule stanno usando quella mappa elettrica

or in fact, build no heads.

per decidere cosa fare.

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

E ciò che vedete qui sono dei vermi vivi a due teste.

that result from this,

E dopo aver generato questi, abbiamo fatto un esperimento folle.

because that electrical map is what the cells are using

to decide what to do.

Prendi uno di questi vermi a due teste e tagli entrambe le teste,

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

e lasci il normale frammento centrale.

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

Ora, questi animali non sono stati modificati genomicamente.

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

Non c’è assolutamente nulla di diverso nei loro genomi.

and you leave just the normal middle fragment.

La loro sequenza genomica è completamente di tipo selvatico.

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

Amputi entrambe le teste, ottieni un frammento normale,

There's absolutely nothing different about their genomes.

e poi chiedi: in acqua semplice, cosa farà?

Their genome sequence is completely wild type.

Secondo il modello standard,

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

se ti sei liberato di questo tessuto ectopico extra,

il genoma non è modificato,

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

dovrebbe fare un verme perfettamente normale.

And, of course, the standard paradigm would say,

E la cosa incredibile è che non è ciò che accade.

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

Questi vermi, se tagliati più e più volte, in futuro, in semplice acqua,

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

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

continuano a rigenerarsi con due teste.

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

Pensaci.

La memoria del modello secondo il quale questi animali si rigenerano dopo il danno

they continue to regenerate as two-headed.

è stata riscritta permanentemente.

Think about this.

E difatti, possiamo riscriverla e farli tornare ad avere una testa

The pattern memory to which these animals will regenerate after damage

senza nessuna modifica genomica.

Quindi questo ti dice che la struttura dell’informazione

has been permanently rewritten.

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

che dice ai vermi quante teste dovrebbero avere

without any genomic editing.

non è direttamente nel genoma.

È in un livello bioelettrico aggiuntivo.

So this right here is telling you that the information structure

Probabilmente anche altre cose lo sono.

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

E ora abbiamo la capacità di riscriverla.

is not directly in the genome.

E ciò, ovviamente, è la definizione chiave di memoria:

It is in this additional bioelectric layer.

deve essere stabile, a lungo termine, e deve essere riscrivibile.

Probably many other things are as well.

And we now have the ability to rewrite it.

E ora iniziamo a decifrare questo codice morfogenetico

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

per chiedere com’è che questi tessuti conservano una mappa di cosa fare

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

And we are now beginning to crack this morphogenetic code

e come possiamo entrare e riscrivere la mappa per nuovi risultati.

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

CA: Sembra una prova estremamente convincente

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

che il DNA non controlla la reale forma finale di questi organismi,

CA: I mean, that seems incredibly compelling evidence

that DNA is just not controlling the actual final shape

che opera quest’altra cosa,

e se si potesse decifrare quel codice,

a cos’altro potrebbe portare.

of these organisms,

A proposito di questi, com’è la vita per un platelminta a due teste?

that there's this whole other thing going on,

and, boy, if you could crack that code,

Sembra una sorta di compromesso.

what else could that lead to.

La cosa positiva è che hai questa meravigliosa vista 3D del mondo,

By the way, just looking at these ones.

What is life like for a two-headed flatworm?

ma quella negativa è che devi fare la cacca attraverso le bocche?

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,

ML: I vermi hanno questi tubicini chiamati faringi,

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

e i tubi sono circa a metà corpo,

e loro espellono da quello.

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

Questi animali sono perfettamente in salute.

Sono completamente felici, credo.

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

Il problema, tuttavia,

è che le due teste non cooperano poi tanto bene,

and they excrete through that.

These animals are perfectly viable.

e quindi non mangiano molto bene.

They're completely happy, I think.

Ma se riesci a nutrirli a mano,

andranno avanti per sempre,

The problem, however,

in pratica questi vermi sono immortali.

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

Quindi questi vermi, poiché hanno elevate capacità rigenerative,

and so they don't really eat very well.

But if you manage to feed them by hand,

non hanno limiti di età,

they will go on forever,

e ci dicono che se decifriamo questo segreto della rigenerazione,

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

che non è solo sviluppare nuove cellule, ma sapere quando fermarsi,

So these worms, because they are so highly regenerative,

they have no age limit,

cosa assolutamente decisiva,

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

se puoi continuare a esercitare questo controllo davvero profondo

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

sulle strutture tridimensionali che le cellule stanno costruendo,

you see, this is absolutely crucial --

potresti sconfiggere l’invecchiamento e le lesioni traumatiche

if you can continue to exert this really profound control

e cose così.

Quindi una cosa da tenere a mente è che la capacità di riscrivere

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

la struttura anatomica su larga scala del corpo

you could defeat aging as well as traumatic injury

non è solo uno strano trucchetto della planaria.

and things like this.

Non è qualcosa che funziona solo nei platelminti.

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

the large-scale anatomical structure of the body

Quello che vedi qui è un girino, con un occhio e un intestino,

is not just a weird planarian trick.

e quello che abbiamo fatto

è stato accendere uno specifico canale ionico.

It's not just something that works in flatworms.

Quindi di fatto abbiamo manipolato questi piccoli transistor elettrici

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.

che sono nelle cellule,

e abbiamo imposto uno stato ad alcune delle cellule dell’intestino

So we basically just manipulated these little electrical transistors

che è di norma associato alla creazione dell’occhio.

E, come risultato, le cellule creano un occhio.

that are inside of cells,

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

Questi occhi sono completi.

Hanno un nervo ottico, il cristallino, la retina,

that's normally associated with building an eye.

tutte le cose che un occhio dovrebbe avere.

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

Loro possono vedere con questi occhi.

These eyes are complete.

E quello che vedi qui

They have optic nerve, lens, retina,

è che dando il via alle sottoprocedure per la costruzione dell’occhio

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

nel software fisiologico del corpo,

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

gli puoi facilmente dire di creare un organo complesso.

And what you're seeing here

is that by triggering eye-building subroutines

E questo è importante per la biomedicina,

in the physiological software of the body,

perché non sappiamo come microgestire la costruzione di un occhio.

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

Credo che ci vorrà molto tempo

prima di poter costruire dal basso cose come gli occhi, le mani e così via.

And this is important for our biomedicine,

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

Ma non ne abbiamo bisogno, perché il corpo sa già come si fa,

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

e queste sono sottoprocedure che possono essere innescate

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

da specifici modelli elettrici che possiamo trovare.

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

Questo è quello che chiamiamo “decifrare il codice bioelettrico”.

and there are these subroutines that can be triggered

Possiamo fare gli occhi, possiamo fare arti extra.

by specific electrical patterns that we can find.

Ecco uno dei girini a 5 zampe.

Possiamo fare cuori extra.

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

Stiamo iniziando a decifrare il codice per capire dove sono le sottoprocedure

We can make eyes. We can make extra limbs.

in questo software

Here's one of our five-legged tadpoles.

che possiamo innescare per costruire tali organi complessi

We can make extra hearts.

prima di sapere realmente come microgestire il processo

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

a livello cellulare.

in this software

CA: Quindi quando hai iniziato a comprendere questo livello elettrico

that we can trigger and build these complex organs

long before we actually know how to micromanage the process

e cosa può fare,

sei stato in grado di creare --

at the cellular level.

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

è giusto dire che è quasi una nuova forma di vita,

chiamata xenobot?

and what it can do,

Parlami degli xenobot.

you've been able to create --

ML: Giusto.

Se ci pensi, questo porta a una previsione davvero strana.

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

called a xenobot?

Se le cellule sono davvero pronte a basarsi su una mappa specifica,

Talk to me about xenobots.

ML: Right.

potremmo prendere cellule non alterate geneticamente,

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

e ciò che vedi qui sono cellule prese da un corpo di una rana.

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

Si sono unite in un modo che chiede loro di riconcepire la loro multicellularità.

we could take genetically unaltered cells,

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

E qui si vede

che quando sono liberate dal resto del corpo dell’animale,

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

creano nuovi mini corpi, che, in termini di comportamento,

And what you see here

possono muoversi, possono percorrere un labirinto.

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

Sono completamente diversi dalle rane e dai girini.

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

Le cellule di rana, quando gli è chiesto di riconcepire il tipo di corpo

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

They are completely different from frogs or tadpoles.

che vogliono fare,

fanno una cosa incredibilmente interessante.

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

Usano l’hardware fornito dalla genetica.

Ad esempio, questi piccoli peli, queste piccole ciglia

do something incredibly interesting.

che sono di norma usate per ridistribuire il muco all’esterno della rana,

They use the hardware that their genetics gives them,

quelli sono specificati geneticamente.

for example, these little hairs, these little cilia

Ma quello che hanno fatto queste creature,

perché le cellule sono in grado di formare nuovi tipi di corpi,

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

those are genetically specified.

hanno capito come usare queste piccole ciglia

But what these creatures did,

per remare, invece, contro l’acqua, e ora hanno la locomozione.

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

Quindi non solo possono spostarsi,

they have figured out how to use these little cilia

ma possono, ed è quello che vedi qui, queste cellule possono unirsi tra loro.

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

Ora iniziano a fare conversazioni su quello che intendono fare.

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

Puoi vedere i bagliori, che sono questi scambi di informazione.

is that these cells are coalescing together.

Ricorda, è solo pelle.

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

Non c’è un sistema nervoso. Non c’è un cervello. È solo pelle.

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

Questa è pelle che ha imparato a creare un nuovo corpo

Keep in mind, this is just skin.

e a esplorare il suo ambiente e a spostarsi.

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

E hanno comportanti spontanei,

This is skin that has learned to make a new body

che puoi vedere qui, dove nuota in questo labirinto.

Qui decide di girare e tornare da dove è venuto.

and to explore its environment and move around.

Quindi ha il suo comportamento, ed è un sistema modello notevole

And they have spontaneous behaviors.

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

per vari motivi.

Prima di tutto, mostra la fantastica plasticità delle cellule

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

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

che geneticamente sono di tipo selvatico.

Non c’è modifica genetica qui.

for several reasons.

Ci sono cellule che sono inclini a creare un qualche tipo di corpo funzionale.

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

that are genetically wild type.

La seconda cosa,

There is no genetic editing here.

ciò è stato fatto in collaborazione col laboratorio di Josh Bongard alla UVM,

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

hanno elaborato modelli della struttura di queste cose

The second thing,

e li hanno sviluppati in un mondo virtuale.

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

Hanno letteralmente sviluppato i modelli su un computer.

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

Questo è letteralmente l’unico organismo che io conosca sulla faccia della Terra

la cui evoluzione ha avuto luogo non nella biosfera della Terra

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

ma in un computer.

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

Le singole cellule hanno una storia evolutiva,

whose evolution took place not in the biosphere of the earth

ma questo organismo non è mai esistito prima.

È stato evoluto in questo mondo virtuale,

but inside a computer.

e poi siamo andati avanti e lo abbiamo fatto in laboratorio,

So the individual cells have an evolutionary history,

e puoi vedere questa plasticità meravigliosa.

but this organism has never existed before.

Non è solo per fare macchine utili.

It was evolved in this virtual world,

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

Puoi immaginare ora di programmarli per andare nell’ambiente

and you can see this amazing plasticity.

a raccogliere tossine e ripulire,

This is not only for making useful machines.

o puoi immaginare quelli fatti da cellule umane

che girerebbero per il corpo, per eliminare cellule tumorali

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

o rimodellare articolazioni artritiche,

and collect toxins and cleanup,

or you could imagine ones made out of human cells

consegnare composti pro-rigenerativi,

tutti questi tipi di cose.

that would go through your body and collect cancer cells

Ma non solo queste utili applicazioni, questa è una sandbox fantastica

or reshape arthritic joints,

per imparare a comunicare segnali morfogenetici a gruppi di cellule.

deliver pro-regenerative compounds,

all kinds of things.

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

Quando lo decifreremo e capiremo come queste cellule decidono cosa fare,

for learning to communicate morphogenetic signals to cell collectives.

poi dovremo, ovviamente, imparare a riscrivere tali informazioni,

i passi successivi saranno enormi miglioramenti nella medicina rigenerativa,

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

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

perché allora saremo in grado di dire alle cellule di creare organi sani.

the next steps are great improvements in regenerative medicine,

Questa è un’opportunità davvero decisiva

per imparare a comunicare con gruppi di cellule,

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

non per microgestirli, per forzare l’hardware,

ma per comunicare e riscrivere gli obiettivi

And so this is now a really critical opportunity

che queste cellule cercano di realizzare.

to learn to communicate with cell groups,

CA: Beh, è qualcosa di sconvolgente.

not to micromanage them, not to force the hardware,

Infine, Mike, parlaci di un’altra storia

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

sulla medicina che potrebbe arrivare

quando sviluppi questa comprensione

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

Finally, Mike, give us just one other story

di come funziona questo livello bioelettrico.

about medicine that might be to come

ML: Sì, è estremamente entusiasmante, perché, se ci pensi,

as you develop this understanding

la gran parte dei problemi di biomedicina,

of how this bioelectric layer works.

difetti congeniti, malattie degenerative, invecchiamento, lesioni traumatiche,

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

anche il cancro,

tutto si riduce a una cosa:

most of the problems of biomedicine --

le cellule non costruiscono quello che tu vorresti costruissero.

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

E quindi se capissimo come comunicare con questi gruppi cellulari

per riscrivere le loro morfologie finali,

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

saremmo capaci di normalizzare i tumori,

saremmo capaci di riparare i difetti congeniti,

and really rewrite their target morphologies,

di indurre la rigenerazione degli arti e di altri organi

e queste sono cose che abbiamo già fatto nelle ricerche con la rana.

we would be able to normalize tumors,

Il prossimo step davvero affascinante

we would be able to repair birth defects,

induce regeneration of limbs and other organs,

è portare tutto questo nelle cellule dei mammiferi

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

e trasformarlo nella prossima generazione di medicina rigenerativa

And so now the next really exciting step

dove impariamo ad affrontare tutti questi bisogni biomedici

is to take this into mammalian cells

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

comunicando con i gruppi di cellule

e riscrivendo le loro memorie di modelli bioelettrici.

where we learn to address all of these biomedical needs

L’ultima cosa che vorrei dire è che l’importanza di questo campo

by communicating with the cell collectives

non è solo per la biomedicina.

and rewriting their bioelectric pattern memories.

Come ho detto all’inizio,

questa capacità delle cellule in ambienti nuovi

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

di creare ogni genere di cose oltre a quelle dettate dal genoma

is not only for biomedicine.

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

è un esempio di intelligenza,

this ability of cells in novel environments

e la biologia ha risolto i problemi intelligentemente

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

prima che i cervelli arrivassero sulla scena.

È anche l’inizio di una nuova ispirazione per l’apprendimento automatico

is an example of intelligence,

and biology has been intelligently solving problems

che mima l’intelligenza artificiale delle cellule del corpo,

long before brains came on the scene.

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

non solo del cervello,

per le applicazioni nell’intelligenza computazionale.

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

CA: Mike Levin, grazie per il tuo straordinario lavoro

for applications in computer intelligence.

e per averlo condiviso con noi in modo così avvincente.

Grazie.

ML: Grazie mille. Grazie, Chris.

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.