Michael Levin: The electrical blueprints that orchestrate life | TED

翻訳: Kumi Kaku 校正: Tomoyuki Suzuki

(クリス・アンダーソン) マイク ようこそ

お会いできて嬉しいです お話しするのが楽しみです

(マイケル・レヴィン) お招きありがとうございます

(クリス) さて 大半の人が 生物と聞いて抱くイメージは

Chris Anderson: Mike, welcome.

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

DNAは全ての生物に備わるもので それがソフトウェア的に働き

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

体のハードウェアを構築する という感じでしょう

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

that DNA is a property of every living thing,

多くの人がそう考えています

しかしそのイメージは あまりにも多くの謎を残します

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

そうした謎のいくつかと

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

オタマジャクシとの関係を ご説明いただけますか？

That model leaves too many deep mysteries.

(マイク) 承知しました

Can you share with us some of those mysteries

別の方向からこの問題について ご説明したいと思います

DNAの機能の１つは 個々の細胞の ハードウェアを指定することです

and also what tadpoles have to do with it?

ML: Sure. Yeah.

DNAは個々の細胞が持つべき タンパク質を指示します

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.

オタマジャクシを例に挙げると

ほとんどの人の目には

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

遺伝子が徐々に 発現していくように見えるでしょう

And so when you have tadpoles, for example,

特定の遺伝子がオンやオフになって

you see the kind of thing

オタマジャクシが カエルになるときに

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

顔を作り直さねばならず

目や鼻や顎など全ての部品の 移動が必要になると思うのです

Specific genes turn on and off,

従来の説では

and a tadpole, as it becomes a frog,

物理的に定められた 一連の手順に従って

has to rearrange its face.

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

全ての部品が移動して カエルになると考えられていました

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

しかし数年前に我々は 非常に驚くべき現象を見つけました

you have a sort of hardwired set of movements

いわゆる「ピカソ顔のカエル」—

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

アゴは横に 目は頭の上に 鼻はこちらにと

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

全ての部品を バラバラに配置した―

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

オタマジャクシを作っても

どれも大体普通の顔の カエルになるのです

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

これは驚くべきことです

the eyes are up here, the nostrils are moved,

全ての部品が間違った位置で スタートしても

so everything is shifted --

these tadpoles make largely normal frog faces.

最後は立派なカエルの顔が 出来上がるのですから

Now, this is amazing,

そこから このシステムが

because all of the organs start off in abnormal positions,

多くの生物システムと同様

物理的に定められた 一連の移動ではなく

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

今の状態と 正しいと分かっている カエルの顔との

And so what it turns out is that this system,

like many living systems,

誤差を修正するシステムであることが 分かりました

is not a hardwired set of movements,

新しい状況に柔軟に対応する この種の意思決定能力は

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

and what it knows is a correct frog face configuration.

他の文脈では 知能と呼ばれるものです

ですから我々が今 理解する必要があるのは

This kind of decision-making

that involves flexible responses to new circumstances,

細胞の移動や 遺伝子の発現などが実行される

in other contexts, we would call this intelligence.

メカニズムだけでなく

情報のフローなのです

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

細胞同士がいかに協力し合って

by which these cells execute their movements

大規模な構造物を作り

and gene expression and so on,

but we really have to understand the information flow:

完成したときに 作業を停止するのでしょうか？

How do these cells cooperate with each other

メカニズムだけではなく

to build something large and to stop building

体の構造を制御する その種の計算が

when that specific structure is created?

将来の生物学の主題です

(クリス) 従来のモデルでは

And these kinds of computations, not just the mechanisms,

細胞同士が何らかの方法で 生化学的な信号を交わすことによって

but the computations of anatomical control,

are the future of biology.

合理的な発達が可能になると いうことだと思いますが

CA: And so I guess the traditional model

is that somehow cells are sending biochemical signals to each other

別の仕組みがあると お考えですね

どういうものでしょう？

that allow that development to happen the smart way.

(マイク) 確かに細胞同士は生化学的にも 物理的な力でも交信していますが

それ以外にも非常に興味深いことが 起きています

But you think there is something else at work.

What is that?

それは生体電気と呼ばれるもので

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

神経伝達とは別の電気信号です

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

全ての細胞が―

神経細胞だけではなく 体中の細胞が―

and it's basically called bioelectricity,

電気信号を使って交信していると 分かったのです

今お見せしているのは タイムラプス映像です

non-neural bioelectricity.

So it turns out that all cells --

史上初めて

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

細胞同士が交わしている 電気的な会話の全貌が

communicate with each other using electrical signals.

垣間見えるようになりました

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

いかがでしょうか

For the first time,

ご覧になっているのは―

初期のカエルの胚です

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

発生後およそ8-10時間の胚を

that the cells are having with each other.

実際の電気状態によって色分けし

So think about this.

We're now watching --

遺伝子が定めた 細胞というハードウェア上で

This is an early frog embryo.

This is about eight hours to 10 hours of development.

実行されている電気的なソフトウェアの 全貌を可視化したものです

And the colors are showing you actual electrical states

基本的にこれらの細胞が 交信している内容は

that allow you to see all of the electrical software

誰が頭になり 誰が尻尾になるか

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

誰が左や右になって目や脳を作るか といった情報です

And so these cells are basically communicating with each other

つまり このソフトウェアこそが

生体システムが特定の目的を 果たすことを可能にしているのです

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.

それは胚の構築だったり

動物によっては 手足の再生だったりします

And so it is this software

that allows these living systems to achieve specific goals,

こうした電気的な会話を 可視化したことによって

goals such as building an embryo

or regenerating a limb for animals that do this,

その生体システムが 実現しようとしている目的を

and the ability to see these electrical conversations

標的にしたり 書き換えたりするという

驚くべき機会が生まれます

(クリス) それは相当過激ですね

gives us some really remarkable opportunities

私の理解が正しいか確認させてください

to target or to rewrite the goals towards which

ある生物が成長を始めたときに

these living systems are operating.

１つの細胞が分裂するや否や

CA: OK, so this is pretty radical.

細胞同士で電気信号が交わされますが

Let me see if I understand this.

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

細胞が百なり数百なりに達すると

as soon as a cell divides,

electrical signals are shared between them.

それらの信号がどういうわけか コンピュータープログラム的なものを形成し

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

その中にはどういうわけか その生物に今後の運命を告げるのに必要な

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

全ての情報が含まれるようになる

a program that somehow includes all the information needed

そのような解釈で よろしいでしょうか？

(マイク) そのとおりです

基本的に 何が起きているかというと

to tell that organism

それらの細胞が 脳内ネットワークとよく似た

what its destiny is?

Is that the right way to think about it?

電気的なネットワークを 築くことによって

ML: Yes, quite.

Basically, what happens is that these cells,

パターン記憶などの情報を 処理します

by forming electrical networks much like networks in the brain,

情報の中には大規模な生体構造の 詳細すなわち

they form electrical networks,

and these networks process information including pattern memories.

色々な器官の行き先や

前と後 頭と尻尾といった その動物のさまざまな軸が

They include representation of large-scale anatomical structures

含まれており

それらが 大きな組織全体にわたる 電気回路の中に

where various organs will go,

文字通り保持されます

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

これはまさに脳が別種の記憶や 学習内容を保持するやり方と同じです

are going to be,

and these are literally held in the electrical circuits

(クリス) つまり こういうことですか？

across large tissues

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

これは ものの見方の 大転換と言えそうなので ―

私が初めて コンピューターを手にしたとき

ビット単位で直接 プログラミングする ―

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

Because this seems to be such a big shift.

いわゆる「機械語」ができる人は 何て凄いんだと思いました

I mean, when I first got a computer,

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

普通の人には 不可能だったからです

しかし コンピューターを 自在に操るためには

大規模な目的をより簡素に 実現する手段が必要であり

like the direct programming of individual bits in the computer.

それがプログラミング言語でした

That was impossible for most mortals.

To have a chance of controlling that computer,

you'd have to program in a language,

私の理解が正しければ

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

こう仰っているのですね 現在の生物学研究のほとんどが

機械語による プログラミングのようなものであり

個々の細胞同士の生化学信号を 理解する努力なのだと

And if I understand you right,

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

待てよ そういうことか ここに電気的な言語があるのですね

trying to do the equivalent of machine code programming,

この電気的な言語さえ 理解できれば

of understanding the biochemical signals between individual cells,

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

生き物が成長する仕組みについて 全く新しい知見が

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

得られるということですね

そのような喩えでよろしいでしょうか？

(マイク) 全くそのとおりです

that would give us a completely different set of insights

40年代にプログラミングが 行われた方法を振り返ってみると

into how organisms are developing.

コンピューターに 何か異なることをさせるためには

Is that metaphor basically right?

配線自体の 繋ぎ替えが必要でした

ML: Yeah, this is exactly right.

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

ハードウェアの内部を 配線し直す必要があったのです

ハードウェアに 直接手を加えることしか

in order to get your computer to do something different,

機械の動作を変更する手段が ありませんでした

you would physically have to shift the wires around.

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

今我々が素晴らしい テクノロジー革命や

You'd have to interact with the hardware directly,

情報科学などを 手にしているのは

and all of your strategies for manipulating that machine

コンピューターサイエンスの焦点が ハードウェアから離れたからです

would be at the level of the hardware.

And the reason we have this now amazing technology revolution,

ハードウェアの機能さえ十分であれば

information sciences and so on,

― ちなみに 生物のハードウェアの機能は 全く申し分ないですが ―

is because computer science moved from a focus on the hardware

調整や繋ぎ替えを行わなくても システムを操れるという理解に移ったのです

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

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

実際 書き換え可能な コンピューターに行うのと同様に

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

細胞ネットワークにも 外から刺激つまり入力を与えてやれば

それが元々行うはずだったこととは

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

the way that you would give to a reprogrammable computer

全く別の変化を誘因できるのです

生体電気信号の可視化は

and cause the cellular network to do something completely different

大規模な生体の構築を指示する ソフトウェアに直接入る

than it would otherwise have done.

突破口を与えてくれています

So the ability to see these bioelectrical signals

個々の細胞内で特定の経路に 配線し直すのとは

is giving us an entry point directly into the software

全く異なる医学的アプローチです

that guides large-scale anatomy,

(クリス) （画像を見て）多くの点で これがあなたの偉業ですね

which is a very different approach to medicine

これらの扁形動物を使って そのような電気信号の解読が始まり

than to rewiring specific pathways inside of every cell.

素晴らしい実演も行われました

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

ここでは 何が起きているのでしょうか

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

(マイク) これは プラナリアという生物で

and you've got an amazing demonstration of this

扁形動物です

in these flatworms.

実は非常に複雑な生き物です

Tell us what's going on here.

立派な脳とさまざまな器官を 持っています

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

プラナリアの驚くべきところは

They're flatworms.

その傑出した再生能力です

They're actually quite a complex creature.

細かく切り分けても― 実に200以上の断片に分けても ―

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

And the amazing thing about these planaria

それぞれの断片が 必要なものを正しく再生して

is that they are highly, highly regenerative.

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

１匹の完全な個体になります

いかがでしょう

このシステムでは １つ１つの断片が

every piece will rebuild exactly what's needed

それぞれ正しいプラナリアの姿を 正確に知っており

正しい器官を正しい位置に 構築したところで動作が停止します

to make a perfect little worm.

So think about that.

This is a system where every single piece

そこが再生について 最も驚くべき点の１つです

knows exactly what a correct planarian looks like

我々が発見したのは １匹を３片に切り分け

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

頭と尻尾を落とした 真ん中の１片だけを残した場合に

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

それがこの画面ですが

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

驚いたことに 頭から尻尾への 電位勾配が生じ

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

断片に 頭と尻尾の行き先とともに

which is what you see here,

頭と尻尾をいくつ持つべきかを 告げていることです

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

そこから この電位勾配を 操作すべきであることと

that tells the piece where the heads and the tails go

電気を流さないことが 重要だと分かりました

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

代わりに我々は小さなトランジスターの― 実際にはイオンチャネルタンパク質ですが―

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

オンオフの切り替えを行いました

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

個々の細胞が本来 こうした電気的な状態を 設定するのに使っている方法です

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

我々がオンオフを切り替える 手段を手にして

they're actual ion channel proteins --

可能になったことの１つは その回路を切り替えて

「いや 頭を２つ作れ」とか 「頭を作るな」とか指示する状態に

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

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

できるようになったことです

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

この画像はその結果 頭が２つになったり 無くなったりした個体の

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

実際の様子です

あの電位勾配は 細胞が何をすべきかの決定に

or in fact, build no heads.

使っている手段だからです

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

ご覧のものは 生きた双頭のプラナリアです

that result from this,

これらを生み出したところで とんでもない実験を行いました

because that electrical map is what the cells are using

to decide what to do.

一方の双頭プラナリアの頭の部分を ２つとも切り落として

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

正常な真ん中の断片だけを 残したのです

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

断っておきますが ゲノム編集は一切行っていません

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

遺伝子には全く手を付けておらず

and you leave just the normal middle fragment.

ゲノム配列は完全な野生型です

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

頭を２つとも切り落として 正常な断片を得たところで

There's absolutely nothing different about their genomes.

真水に入れるとどうなるでしょう？

Their genome sequence is completely wild type.

通常の予想は もちろんこうでしょう

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

間違った位置にある 余分な組織を取り除いたら

ゲノム編集もしていないことだし 完璧に正常な個体になるはずだ

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

And, of course, the standard paradigm would say,

しかし驚いたことに そうはならないのです

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

これらのプラナリアは 切断を何度繰り返しても

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

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

真水の中で 双頭として再生されるのです

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

考えてみてください

彼らが損傷した後に 再生するパターン記憶が

they continue to regenerate as two-headed.

恒久的に書き換えられて しまったのです

Think about this.

それどころか 今ではゲノム編集を行わずに パターン記憶を元通りに書き換えて

The pattern memory to which these animals will regenerate after damage

再び単頭に戻すこともできます

そのことから 頭をいくつ持つべきかを 告げる情報構造が

has been permanently rewritten.

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

遺伝子中に直接的に刻まれて いるわけではないと分かります

without any genomic editing.

遺伝子中に直接的に刻まれて いるわけではないと分かります

それは付加的な生体電気層の 中にあります

So this right here is telling you that the information structure

そこには他にも 多くのものがあるでしょう

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

今我々はそれを書き換える 能力を持っています

is not directly in the genome.

そしてもちろん その情報構造こそが 記憶の正体です

It is in this additional bioelectric layer.

それは長期的に安定し かつ 書き換え可能でなければなりません

Probably many other things are as well.

And we now have the ability to rewrite it.

我々は形態形成の暗号を 解読し始めたところで

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

何をすべきか示した地図を 組織がどう保存しているのか

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

And we are now beginning to crack this morphogenetic code

そして 地図を我々がどう書き替えて 新たな結果を生みだせるのかを探っています

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

(クリス) それはたいへん魅力的な 証拠のように思えます

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

DNAだけがこれらの生き物の 最終形態を

CA: I mean, that seems incredibly compelling evidence

制御しているのではなく

that DNA is just not controlling the actual final shape

全く別のことが起きていることを 示す証拠です

この暗号が解読できたら

そこから一体何が 起きるのでしょうか

of these organisms,

これらを見ていて ふと思ったのですが

that there's this whole other thing going on,

双頭のプラナリアの生活は どんなものなのでしょうか？

and, boy, if you could crack that code,

というか 一種の トレードオフがありそうです

what else could that lead to.

素晴らしい立体視で 世界を見られるのは良いですが

By the way, just looking at these ones.

What is life like for a two-headed flatworm?

両方の口から排便しなければ ならないのはどうもね

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,

(マイク) プラナリアは 咽頭と呼ばれる細い管を持っていて

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

その管は体の真ん中あたりにあり

排泄はそこから行います

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

彼らは生存能力が 非常に高いので

全く平気だと思いますよ

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

ただし問題は

２つの頭が うまく協力し合わないために

and they excrete through that.

These animals are perfectly viable.

あまり上手に 食べられないことです

They're completely happy, I think.

ただし 何とか手で給餌してあげれば

永遠に生き続けます

The problem, however,

実はプラナリアは 基本的に不死なのです

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

傑出した再生能力のお陰で

and so they don't really eat very well.

But if you manage to feed them by hand,

年齢の上限はありません

they will go on forever,

そこから分かるのは 新たな細胞の 成長だけでなくその止め時を知るという

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

So these worms, because they are so highly regenerative,

再生の秘密を解き明かせば―

they have no age limit,

そこが極めて重要ですが―

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

細胞が成長していく ３次元構造に対する

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

この深遠な制御能力を 我々が発揮し続けられれば

you see, this is absolutely crucial --

老化や外傷などを克服する 可能性も

if you can continue to exert this really profound control

出てくるということです

忘れてならないのは

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

体の大規模な構造を書き換える この能力が

you could defeat aging as well as traumatic injury

奇妙なプラナリアの 専売特許ではないことです

and things like this.

これが可能なのは 扁形動物だけではありません

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

the large-scale anatomical structure of the body

ご覧の画像は目が１つ腸が１つの オタマジャクシです

is not just a weird planarian trick.

精密に特定したイオンチャネルを オンにするとこうなりました

It's not just something that works in flatworms.

基本的に細胞内にある この小さな トランジスターを操作して

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.

いくつかの腸細胞に

So we basically just manipulated these little electrical transistors

普通なら目の形成に関係する 状態を作りました

that are inside of cells,

その結果 その細胞は 目を１つ形成したのです

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

どちらも完全な目で

視神経やレンズや網膜など

that's normally associated with building an eye.

目が持つべき要素を 全て備えています

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

ちなみにどちらも ちゃんと視力があります

These eyes are complete.

They have optic nerve, lens, retina,

ご覧の画像が示しているのは

体内の生理的な ソフトウェアの中の

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

目を作るサブルーチン(副プログラム)を 呼び出すことによって

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

極めて容易に 複雑な器官を作るように 指示できることです

And what you're seeing here

is that by triggering eye-building subroutines

生物医学にとって これは重要です

in the physiological software of the body,

我々は目を微細に作り込む 方法を知らないからです

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

本当に目や手などの器官を

１から作れるようになるまで 相当時間が掛かると思います

And this is important for our biomedicine,

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

しかし体が既にその方法を知っているので 我々にその必要はなく

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

サブルーチンを呼び出すための 特殊な電気パターンを

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

見つけ出せば良いのです

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

それが「生体電気の暗号を 解読する」ということです

and there are these subroutines that can be triggered

我々は目も作れますし 余分な手足も作れます

by specific electrical patterns that we can find.

これは５本足のオタマジャクシです

余分な心臓も作れます

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

そうした複雑な器官を作るために 我々が発動すべきサブルーチンが

We can make eyes. We can make extra limbs.

ソフトウェアのどこにあるのか

Here's one of our five-legged tadpoles.

理解するための暗号解読は 始まっており

We can make extra hearts.

細胞レベルで微細に作り込む 方法の解明に

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

はるかに先行しています

in this software

(クリス) この電気層と その能力が分かり始めて

that we can trigger and build these complex organs

long before we actually know how to micromanage the process

(クリス) この電気層と その能力が分かり始めて

作成できるようになったものが―

at the cellular level.

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

生物の新しい形である 「ゼノボット」だとは

言い過ぎでしょうか？

and what it can do,

ゼノボットについて 教えてください

you've been able to create --

(マイク) 了解です

これについて考えると 摩訶不思議な予測に辿り着きます

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

called a xenobot?

細胞が本当に自ら進んで 特定の地図に従って構築を行うのなら

Talk to me about xenobots.

ML: Right.

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

遺伝子を改変していない 細胞を取り出して—

ご覧の画像はカエルの体から 取り出した細胞を

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

多細胞性を自由に描き直すように 融合したものです

we could take genetically unaltered cells,

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

こちらの画像では

細胞が元の動物の体から 解放されたときに

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

このような新しく小さな体を作り それが動作という面では

And what you see here

移動可能で 迷路の中を 動き回れることが見て取れます

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

これらはカエルともオタマジャクシとも 全く異なるものです

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

カエルの細胞が 自分の作りたい種類の 体に描き直せと言われると

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

They are completely different from frogs or tadpoles.

信じ難いほど 興味深いことを行うのです

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

これらの細胞は遺伝学的に与えられた ハードウェア ―

例えば これらの小さな繊毛を用います

do something incredibly interesting.

繊毛は通常 カエルの皮膚で 粘液を再配分する機能が

They use the hardware that their genetics gives them,

遺伝学的に定められています

for example, these little hairs, these little cilia

しかし この生物は

細胞が全く新しい種類の 体を形成できるので

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

those are genetically specified.

小さな繊毛で水を掻くという 別の使い方を見つけて

But what these creatures did,

今では移動能力を獲得しました

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

これらの細胞は 動き回れるばかりでなく

they have figured out how to use these little cilia

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

ご覧のように 融合することもできます

これは次に何を行うかについての 会話を始めているところです

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

光を発して情報を交わしている様子が ご覧になれるでしょう

is that these cells are coalescing together.

断っておきますが これはただの皮膚です

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

神経系統もなく脳もない ただの皮膚です

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

その皮膚が新たな体を作り

Keep in mind, this is just skin.

環境を開拓して 動き回ることを覚えたのです

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

自発的な動作もあります

This is skin that has learned to make a new body

ご覧のように ここでは迷路を 泳ぎ下っています

ここで戻ると決めて 元来た方向に引き返しています

and to explore its environment and move around.

And they have spontaneous behaviors.

つまり独自の動作があります これはいくつかの理由で

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

画期的なモデルシステムです

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

まず第１に 遺伝的には野生型である細胞の

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

驚くべき可塑性が示されていること

ゲノム編集を行わなくても

for several reasons.

細胞は元々何か機能的な体を 作るように出来ているのです

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

that are genetically wild type.

第２に

There is no genetic editing here.

バーモント大のジョシュ・ボンガードの 研究室と行った共同研究で

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

彼らがこれらのモノの構造をモデル化し 仮想世界で進化させたことです

The second thing,

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

これはコンピューター上で モデル化されたものです

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

これは この地球上で私が知る限り

地球の生物圏ではなく コンピューターの中で進化した

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

文字通り唯一の生物です

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

細胞にはそれぞれ 進化の歴史がありますが

whose evolution took place not in the biosphere of the earth

この生物に 過去は存在しません

仮想世界で進化させて

but inside a computer.

研究室で作ったものが

So the individual cells have an evolutionary history,

驚異的な可塑性を見せているのです

but this organism has never existed before.

そこから人に役立つ機械が 作れるだけではありません

It was evolved in this virtual world,

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

あらかじめプログラムして 環境中に放ち

and you can see this amazing plasticity.

毒物を回収して除去したり

This is not only for making useful machines.

ヒトの細胞から作ったものを

体内で泳がせて がん細胞を回収したり

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

関節炎で変形した 関節を再形成したり

and collect toxins and cleanup,

or you could imagine ones made out of human cells

再生を促す化合物を届けたりと 用途はさまざまです

that would go through your body and collect cancer cells

しかもこのような役立つ応用に留まらず これは細胞群と形態形成についての

or reshape arthritic joints,

信号を交わす方法が学べる 優れた仮想環境でもあります

deliver pro-regenerative compounds,

all kinds of things.

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

これを解明して細胞が何を行うか 決定する方法を理解すれば

for learning to communicate morphogenetic signals to cell collectives.

次はもちろんその情報を 書き換えることを学んで

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

再生医学の素晴らしい進歩へと 歩みを進めることができます

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

健康な器官を作るよう 我々が指示できるようになるからです

the next steps are great improvements in regenerative medicine,

これは今 細胞の集合体との 交信方法を学ぶ

かけがえのない機会なのです

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

微細に作り込むのでもなく ハードウェアに強制もせず

細胞と交信してそれらが目指している目的を 書き換える方法を学ぶのです

And so this is now a really critical opportunity

to learn to communicate with cell groups,

(クリス) 全く度肝を抜かれます

not to micromanage them, not to force the hardware,

最後にマイク もう一つだけお聞きします

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

生体電気という層の働きについて 理解が深まったとき

医学はどう変わるでしょうか

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

Finally, Mike, give us just one other story

医学はどう変わるでしょうか

about medicine that might be to come

(マイク) 非常に楽しみなものになります というのも ―

as you develop this understanding

生物医学上の問題のほとんどは―

of how this bioelectric layer works.

先天性異常や 変性疾患 加齢 外傷性の障害 がんさえも―

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

細胞が作るべきものを作っていない

most of the problems of biomedicine --

その１点に尽きるからです

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

ですからその細胞群と交信し

それが目指す形態を 書き換えてやれば

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

がん細胞を正常な細胞に戻したり

先天性異常を修復したり

and really rewrite their target morphologies,

手足その他の器官の再生を 誘発したりできるでしょう

それは既に カエルのモデルで実現しています

we would be able to normalize tumors,

今 本当に楽しみな次の１歩は

we would be able to repair birth defects,

induce regeneration of limbs and other organs,

これを哺乳類の細胞に応用して

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

次世代の再生医療に 繋げることです

And so now the next really exciting step

この研究を通して 細胞群と交信し 生体電気のパターン記憶を

is to take this into mammalian cells

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

書き換えることによって

生物医学上のあらゆるニーズに 応える方法を学びます

where we learn to address all of these biomedical needs

最後になりますが この分野の重要性は

by communicating with the cell collectives

生物医学に留まりません

and rewriting their bioelectric pattern memories.

最初にお話ししたように

全く新しい環境で 遺伝子の指示によらず

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

あらゆるものを構築するという 細胞のこの能力は

is not only for biomedicine.

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

知能とも呼べるものです

this ability of cells in novel environments

生物は脳が登場するずっと前から

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

問題をこうして知的に 解決してきました

ですからこれは脳だけでなく 体細胞の人工知能を模倣するという

is an example of intelligence,

and biology has been intelligently solving problems

機械学習にとっての新たなインスピレーションの 始まりでもあります

long before brains came on the scene.

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

それを計算知能に応用するのです

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

(クリス) マイク・レヴィン 画期的な研究成果と

for applications in computer intelligence.

非常に面白い解説を

ありがとうございました

(マイク) どうもありがとう クリス

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.