การปฏิวัติชีววิทยา? รหัสชีวไฟฟ้าที่อยู่เหนือยีน
(bitsofwonder.co)- งานวิจัยของ Michael Levin เสนอสมมติฐานอย่างชัดเจนว่า การพัฒนาของสิ่งมีชีวิตไม่ได้ควรถูกมองแบบยึดยีนเป็นศูนย์กลางเท่านั้น แต่เซลล์ยังประสานโครงสร้างของร่างกายผ่าน เครือข่ายชีวไฟฟ้า
- ในการทดลองกับพลานาเรีย พบว่า ศักย์ไฟฟ้าขณะพักของเยื่อหุ้มเซลล์ และสถานะไฟฟ้าเชิงสัมพัทธ์ของเซลล์มีส่วนเกี่ยวข้องกับการงอกใหม่ของหัวและหาง และสามารถเปลี่ยนโครงสร้างร่างกายได้ด้วยยาที่ยับยั้งช่องไอออนบางชนิด
- การเปลี่ยนแปลงบางอย่างในพลานาเรียยังคงอยู่ต่อไป โดยไม่ต้องแก้ไขยีน และโครงสร้างแบบสองหัวก็สืบต่อไปยังรุ่นถัดไปได้โดยไม่ต้องมีการปรับแต่งเพิ่มเติม
- แนวทางเดียวกันนี้ได้ขยายไปสู่การสร้างแขนขาเพิ่มเติมและดวงตาในตำแหน่งผิดปกติในกบ รวมถึง ไบโอบอต (biobot) ที่เคลื่อนไหวและจำลองตัวเองได้ และไบโอบอตจากเซลล์มนุษย์ที่ช่วยซ่อมแซมนิวรอนที่เสียหาย
- หากเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะก็สามารถมี ปัญญาแบบกลุ่ม ที่เปลี่ยนวิธีการเพื่อไปให้ถึงเป้าหมายได้ ขอบเขตการวิจัยของวิศวกรรมชีวการแพทย์และวิทยาศาสตร์การรู้คิดก็อาจกว้างขึ้นอย่างมาก
กระบวนการที่เซลล์เดี่ยวกลายเป็นร่างกาย
- เพื่อให้ไข่ที่ปฏิสนธิแล้วเพียงหนึ่งเซลล์พัฒนาเป็นตัวอ่อนและสิ่งมีชีวิตเต็มวัย จะต้องมีการจัดวางและเชื่อมต่อของกระดูก ผิวหนัง กล้ามเนื้อ อวัยวะ และนิวรอนราว 1 แสนล้านเซลล์
- เครื่องจักรถูกประกอบโดยมนุษย์ตามแบบแปลน แต่ในการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตนั้นไม่มี ศูนย์ควบคุมกลาง ที่มองภาพรวมของทั้งร่างกายแล้วสั่งการแต่ละส่วน
- ชีววิทยาแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่มองใกล้เคียงกับ โครงสร้างแบบล่างขึ้นบน ที่กลไกระดับโมเลกุลสร้างการทำงานของเซลล์ และการทำงานของเซลล์สร้างอวัยวะและร่างกาย
- หลังการจัดลำดับจีโนมมนุษย์ในปี 2003 งานวิจัยจำนวนมากมุ่งไปที่การอธิบายว่ายีนและเส้นทางเคมีเป็นตัวกำหนดโครงสร้างชีวภาพระดับสูงอย่างไร
- แก่นสำคัญของ Levin คือ แม้ยีนจะบรรจุข้อมูลจำนวนมากที่จำเป็นต่อการสร้างร่างกาย แต่ยีนไม่ใช่ชั้นนามธรรมเพียงชั้นเดียวสำหรับการทำความเข้าใจและการแทรกแซงกระบวนการพัฒนา
- ในอุปมาแบบการเขียนโปรแกรม ยีนใกล้เคียงกับ machine code ขณะที่โปรแกรมเมอร์สมัยใหม่ทำงานกับโครงสร้างระดับสูงกว่าอย่างออบเจ็กต์ โมดูล และแอปพลิเคชัน
- ในชีววิทยาก็มี ชั้นการควบคุมระดับสูง ที่มีความหมายเช่นกัน และหนึ่งในนั้นคือเครือข่ายชีวไฟฟ้า
เครือข่ายชีวไฟฟ้าและการงอกใหม่ของพลานาเรีย
- นิวรอนสื่อสารกันในเครือข่ายผ่านรูปแบบไฟฟ้าบนเยื่อหุ้มเซลล์และสารสื่อประสาท แต่เซลล์ทั่วทั้งร่างกายก็มีองค์ประกอบการสื่อสารแบบเดียวกันและส่งสัญญาณหากันในจังหวะที่ช้ากว่า
- Levin และเพื่อนร่วมงานเรียกสิ่งนี้ว่า เครือข่ายชีวไฟฟ้า เพื่อแยกจากโครงข่ายประสาท
- พลานาเรียเป็นสิ่งมีชีวิตยาวประมาณ 2 ซม. ไม่แก่ ไม่เป็นมะเร็ง และแม้ร่างกายจะถูกตัดเป็นมากกว่า 250 ชิ้น แต่แต่ละส่วนก็ยังงอกใหม่ได้
- คำถามสำคัญของกระบวนการงอกใหม่คือ ชิ้นส่วนที่ถูกตัดแต่ละชิ้นแยกแยะได้อย่างไรว่า ส่วนใดมีอยู่แล้วในตัวมัน และส่วนใดต้องสร้างขึ้นใหม่
- มีความชันของ ศักย์ไฟฟ้าขณะพักของเยื่อหุ้มเซลล์ อยู่ทั่วเซลล์ทั้งร่างกาย
- เซลล์ใช้สถานะไฟฟ้านี้เพื่อติดตามตำแหน่งของตนในร่างกาย
- การทดลองแสดงให้เห็นว่า ตำแหน่งของสถานะไฟฟ้าของเซลล์เมื่อเทียบกับส่วนอื่นของร่างกายมีส่วนในการตัดสินใจว่าจะงอกเป็นหัวหรือหาง
- ความสามารถในการงอกใหม่ยังขึ้นอยู่กับ neoblasts ซึ่งเป็นสเต็มเซลล์ของตัวเต็มวัย และเซลล์เหล่านี้อาจคิดเป็นสัดส่วนมากถึง 30% ของร่างกายพลานาเรีย
- ไม่ใช่นักชีววิทยาทุกคนที่จะเห็นด้วยกับความสำคัญระดับศูนย์กลางของเครือข่ายชีวไฟฟ้า โดย Alfonso Martinez Arias มองว่าควรให้ความสำคัญกับศักยภาพของสเต็มเซลล์มากกว่า
การทดลองที่เปลี่ยนโครงสร้างร่างกายโดยไม่เปลี่ยนยีน
- ทีมของ Levin นำพลานาเรียไปไว้ในสารละลายที่มียาที่ยับยั้ง ช่องไอออน บางชนิด เพื่อเปลี่ยนสถานะไฟฟ้าของเซลล์ และทำให้มันสร้าง หัวสองหัว แทนที่จะมีเพียงหัวเดียว
- ในการทดลองตระกูลเดียวกัน ยังพบผลลัพธ์ที่ไม่มีหัวเกิดขึ้นเลย หรือมี หัวของหนอนต่างสปีชีส์ งอกขึ้นมา
- หนอนเหล่านี้ไม่ได้ถูกแก้ไขยีน และล้วนยังเป็นสิ่งมีชีวิตที่ทำงานได้จริง แต่มีโครงสร้างร่างกายที่ต่างออกไป
- การเปลี่ยนแปลงบางอย่างคงอยู่ต่อเนื่อง โดยพลานาเรียสองหัวสามารถให้กำเนิดลูกหลานสองหัวต่อไปได้โดยไม่ต้องใช้ยาหรือการปรับแต่งเพิ่มเติม
- สายพันธุ์พลานาเรียดังกล่าวสืบพันธุ์แบบ แตกตัว โดยร่างกายแยกออกเป็นสองส่วนเพื่อขยายพันธุ์
- ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าสามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงถาวรในโครงสร้างร่างกายได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนยีน และในมุมมองของ Levin นี่คือแนวทางการถอดรหัส รหัสชีวไฟฟ้า ของร่างกาย
การควบคุมพัฒนาการที่ขยายไปสู่กบ ดวงตา และไบโอบอต
- ห้องปฏิบัติการของ Levin และนักวิจัยกลุ่มอื่นได้สร้างหลายกรณีตัวอย่างของการควบคุมพัฒนาการผ่านการปรับเครือข่ายชีวไฟฟ้า
- ทำให้กบพัฒนา แขนขาเพิ่มเติม
- สร้าง ดวงตาในลำไส้ ของกบ หรือสร้าง ดวงตาที่มองเห็นได้จริงบนหาง
- เป้าหมายสูงสุดที่ Levin วาดฝันไว้คือ anatomical compiler ที่เมื่อป้อนแบบของอวัยวะหรือร่างกายตามต้องการเข้าไปแล้ว จะส่งออกชุดสัญญาณทางเคมีและไฟฟ้าที่ใช้สร้างอวัยวะนั้น
- แนวคิดนี้คือการให้คำอธิบายระดับสูง เช่น “เพิ่มดวงตาบนหาง” แทนการระบุรายละเอียดจุลโครงสร้างทั้งหมด และถูกเปรียบกับ DALL-E ของชีววิทยา
- ในระยะยาว มีการพูดถึงความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้กับปัญหาชีวการแพทย์ เช่น การบาดเจ็บ ความพิการแต่กำเนิด โรคเสื่อม มะเร็ง และความชรา
- อย่างไรก็ตาม ระบบลักษณะนี้ยังเป็นสิ่งที่ คาดการณ์ล่วงหน้าและอยู่ไกลมาก และอาจก่อให้เกิดคำถามด้านจริยธรรมจำนวนมากระหว่างการพัฒนา
ปัญญาและความสามารถในการปรับตัวระหว่างกระบวนการพัฒนา
- ในมุมมองที่กว้างขึ้นของ Levin คำว่า “ปัญญา” และ “การรู้คิด” อาจไม่ได้จำกัดอยู่แค่นิวรอนในสมอง แต่ใช้ได้กับชั้นอื่น ๆ ของชีววิทยาด้วย
- การทดลองที่นำอวัยวะบนใบหน้าของลูกอ๊อดมาสลับตำแหน่งกันด้วยมือ แต่ระหว่างการเจริญเติบโตอวัยวะกลับ ย้ายไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง แสดงให้เห็นว่า ร่างกายที่กำลังพัฒนาสามารถมุ่งไปยังสภาวะเป้าหมายได้
- สถานการณ์แบบ “picasso frogs” นี้ไม่น่าจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางวิวัฒนาการจริง จึงยากจะอธิบายว่าเป็นขั้นตอนที่ถูกฮาร์ดโค้ดทางพันธุกรรมไว้สำหรับสถานการณ์เฉพาะ
- Levin ให้นิยาม ปัญญา ว่าเป็นความสามารถในการบรรลุเป้าหมายเดียวกันด้วยวิธีการที่แตกต่างกัน
- กรณีตัวอย่างที่เกี่ยวข้องปรากฏในหลายระดับของชีววิทยา
- หากผ่าตัวอ่อนออกเป็นสองส่วนด้วยการผ่าตัด มันจะไม่พัฒนาเป็นร่างกายครึ่งตัวสองร่าง แต่กลายเป็นฝาแฝดที่แข็งแรงสองตัว
- แม้จะขยายขนาดเซลล์ซาลาแมนเดอร์ขึ้นแบบประดิษฐ์ ท่อไตยังคงพัฒนาให้มีขนาดเชิงวัตถุเท่าเดิมโดยใช้จำนวนเซลล์น้อยลง
- เมื่อเซลล์มีขนาดใหญ่ขึ้น ซาลาแมนเดอร์ยังสามารถสร้างท่อไตที่เกิดจากเซลล์เดียวม้วนตัวเข้าไปด้านในได้
ความคิดสร้างสรรค์ เอเจนซี และปัญญาแบบกลุ่ม
- ระบบชีวภาพไม่เพียงฟื้นฟูการทำงานเดิมหลังถูกรบกวนเท่านั้น แต่ยังอาจรับเอาหน้าที่ใหม่ได้ด้วยหากได้รับสัญญาณที่เหมาะสม
- ทีมของ Levin ให้สัญญาณบางอย่างแก่เซลล์ผิวหนังของตัวอ่อนกบ จนทำให้มันเคลื่อนไหวได้เองและกลายเป็น ไบโอบอตที่จำลองตัวเองได้
- กรณีนี้ก็เช่นกัน เป็นการให้ยากับสเต็มเซลล์ตามปกติโดยไม่ต้องดัดแปลงยีน
- ล่าสุดยิ่งกว่านั้น ยังมีการสร้างไบโอบอตที่เคลื่อนไหวได้จากเซลล์เนื้อเยื่อปอดของมนุษย์วัยผู้ใหญ่ และแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถ ซ่อมแซมนิวรอนที่เสียหาย ได้
- การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้รวมถึงการโจมตีเซลล์มะเร็ง การกำจัดสารพิษในสิ่งแวดล้อม และการฟื้นฟูเนื้อเยื่อประสาทที่เสื่อมสภาพ
- Levin มองว่าแม้ก่อนที่สมองจะถือกำเนิด วิวัฒนาการอาจได้ค้นพบเอเจนซีและการประมวลผลข้อมูลอย่างชาญฉลาดในระบบย่อยอย่างการสร้างรูปร่างของสิ่งมีชีวิต ชุมชนแบคทีเรีย และ เครือข่ายยีน
- หากมองเซลล์และกลุ่มเซลล์เป็นระบบที่มีสติปัญญาโดยกำเนิด ก็จะเปิดแนวทางวิจัยใหม่ในการนำปัญญานั้นมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้
การขยายขอบเขตของวิทยาศาสตร์การรู้คิด
- หากสมอง อวัยวะ และเซลล์มีองค์ประกอบพื้นฐานของการรู้คิดร่วมกัน ก็อาจแบ่งปันเครื่องมือและแนวคิดข้ามสาขากันได้
- “วิทยาศาสตร์การรู้คิด” อาจขยายจากการศึกษานิวรอนในสมอง ไปสู่เซลล์ทุกชนิดที่ประสานงานกัน และในความหมายที่กว้างกว่านั้นคือ กลุ่ม ทุกประเภท
- มีงานวิจัยแล้วที่มองมะเร็งเป็น “โรคอัตลักษณ์แยกส่วน” ของกลุ่มเซลล์ หรือศึกษาว่าอาณานิคมมดสามารถตกอยู่ใน ภาพลวงตาทางสายตา แบบคล้ายสมองได้อย่างไร พร้อม หลักฐานปรากฏการณ์ดังกล่าว
- Levin มองว่าปัญญาทุกแบบคือ ปัญญาแบบกลุ่ม
- ปัญญาแต่ละรูปแบบเกิดจากการรวมตัวของหน่วยย่อยจำนวนมากที่ต่างก็มีความสามารถและมีปัญญาระดับย่อยของตนเอง
- แม้แต่มนุษย์หนึ่งคนก็เป็นองค์รวมที่เกิดจากความร่วมมือของนิวรอนราว 1 แสนล้านเซลล์ และเซลล์ชนิดอื่นอีกนับล้านล้าน
- ร่างกายคือสังคมของเซลล์ และความเชื่อมโยงระหว่างสังคมมนุษย์กับสังคมของเซลล์ในร่างกายอาจเป็นมากกว่าเพียงอุปมา
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
มุมมองของ Michael Levin ค่อนข้างเข้าใกล้ autopoiesis (การผลิตตนเอง) ของ Humberto Maturana และ การปั๊มโปรตอน ของ Nick Lane
autopoiesis ไม่ใช่แนวคิดที่เข้าใจง่าย แต่แก่นสำคัญอย่างหนึ่งคือ แนวคิดที่ว่าการรักษาความสัมพันธ์ที่ทำให้ส่วนประกอบของตัวเองถูกเติมเต็มอย่างต่อเนื่องนั้นสำคัญกว่ารายละเอียดของโครงสร้าง การที่พลานาเรียมีความสามารถในการปรับตัวสูงไม่ใช่ข่าวใหม่แต่อย่างใด
Nick Lane เน้นชีวพลังงานศาสตร์และการปั๊มโปรตอนข้ามเยื่อหุ้มมากกว่า DNA และในหนังสือเล่มล่าสุด “Transformer” เขาพูดถึงวัฏจักรเครบส์และไมโทคอนเดรียว่าเป็นแก่นสำคัญของชีวิต Lane อ่านง่ายมาก แต่ Maturana แทบจะเข้าขั้นยากจะเข้าใจ
บทความต้นทางอ่านสนุก แต่รู้สึกไม่ค่อยสบายใจกับการลดทอนพัฒนาการให้เหลือแค่ “ชีวไฟฟ้า” แม้จะเป็นมุมมองที่เสริมกัน แต่ก็ไม่แน่ใจว่าจะพาเราไปได้ไกลกว่าชีววิทยาระดับโมเลกุลของพัฒนาการแบบเก่ามากนักหรือไม่
ในสาขาอื่น ๆ ก็หา लेखकที่ทำให้เราเรียนรู้ได้มากขนาดนี้โดยไม่รู้สึกเหมือนกำลังทำงานจริง ๆ ได้ยาก
ผมคิดว่าเมื่อหลุดจากมุมมองที่มีมวลเป็นศูนย์กลาง ไปสู่ความสมบูรณ์ทางคณิตศาสตร์ของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกทำให้เป็นอุดมคติในวิศวกรรมไฟฟ้า คุณค่าของมันในการประยุกต์ใช้เชิงทฤษฎีก็จะปรากฏชัด
ผมเคยทำซิมูเลชันให้ต้นไม้เติบโตด้วย cellular automata ที่ตั้งโปรแกรมได้ แต่ละเซลล์จะทำการดำเนินการอย่างการทำซ้ำตัวเองตามเงื่อนไขรอบข้างและอายุ/จำนวนรอบการทำซ้ำ
เทคนิคนี้สามารถใช้ทำให้สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่านี้เติบโตได้เช่นกัน ลองเล่นเองได้ที่นี่: https://acionescu.github.io/digitalfire/WebContent/
มีข้อเท็จจริงสำคัญซ่อนอยู่ในเชิงอรรถ 5 กรณีที่พลานาเรียสองหัวให้กำเนิดลูกหลานสองหัวนั้น ไม่ได้วางไข่ แต่สืบพันธุ์ด้วย การแบ่งตัว
กล่าวคือ ลักษณะทางสรีรวิทยานี้ไม่ได้ถ่ายทอดผ่านยีน ถ้ามันถ่ายทอดผ่านยีนจริง ก็คงเป็นข้อเท็จจริงแบบลามาร์กที่น่าทึ่งทีเดียว
โดยทั่วไปพลานาเรียใช้ทั้งการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและไม่อาศัยเพศ กล่าวคือทั้งไข่·อสุจิ และวิธีแบ่งร่างกาย
สำนวนในบทความค่อนข้างเกินจริงไปหน่อย กรณีที่ เกรเดียนต์ มีส่วนเกี่ยวข้องกับการเกิดรูปแบบนั้นมีอยู่หลายกรณีอยู่แล้ว เพียงแต่ศักย์ไฟฟ้าเป็นสาขาวิจัยที่ค่อนข้างใหม่เท่านั้น
เช่น เกรเดียนต์ทางเคมีบนพื้นฐานสัญญาณ WNT ในการพัฒนาของแมลงหวี่, เกรเดียนต์ทางเคมีของ SHH (sonic hedgehog) ในการเกิดรูปแบบของแขนขาและความไม่สมมาตรของแกนลำตัว, รวมถึงสัญญาณออกซินในการพัฒนาของพืช
บทความชื่อดังของ Alan Turing ในทศวรรษ 1950 ก็พูดถึงกลไกปฏิกิริยา-การแพร่สำหรับการเกิดรูปแบบด้วย หากวิวัฒนาการจะสร้างรูปแบบที่ทำซ้ำได้ ก็ต้องเริ่มจากเกรเดียนต์บางชนิดแล้วเชื่อมมันเข้ากับการถอดรหัสยีน
ในกรณีแมลงหวี่ ตัวกระตุ้นเป็นสารเคมีที่ไปถึงนิวเคลียสผ่านสัญญาณ WNT ส่วนในกรณีหนอนตัวแบน สิ่งที่ขับเคลื่อนไม่ใช่เกรเดียนต์ทางเคมี แต่เป็นเกรเดียนต์ของโพลาไรเซชันของเยื่อหุ้มเซลล์ รูปแบบที่สร้างได้ด้วยดีโพลาไรเซชันทางไฟฟ้าน่าจะเรียบง่ายกว่าปฏิสัมพันธ์ทางเคมี เพราะมันสูญเสียปฏิสัมพันธ์ที่น่าสนใจซึ่งเกิดจากปฏิกิริยา-การแพร่ไป
สถานะที่อธิบายจริง ๆ ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไอออนและโมเลกุลหลายชนิดทั้งภายในและภายนอกร่างกายสัตว์ เนื่องจากมีไอออนของอะตอมและโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าเข้ามาเกี่ยวข้อง การเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นทางเคมีจึงทำให้เกิดการกระจายของศักย์ไฟฟ้า และศักย์นั้นก็ใกล้เคียงกับกลไกที่เชื่อมความเข้มข้นทางเคมีหลายชนิดเข้าด้วยกัน
“ชีวไฟฟ้า” สถานะเดียวกัน หรือก็คือการกระจายศักย์แบบเดียวกัน อาจเกิดจากการกระจายไอออนที่ต่างกันได้ และแม้ภายนอกจะดูเหมือนมีสถานะไฟฟ้าเหมือนกัน แต่พฤติกรรมจริงก็มีแนวโน้มจะแตกต่างกันมาก
คล้ายกับในสารกึ่งตัวนำที่ไม่สามารถจำลองการทำงานได้จากการกระจายประจุเพียงอย่างเดียว แต่ต้องพิจารณา ความเข้มข้นของตัวพาประจุ หลายประเภทแยกกัน เช่น อิเล็กตรอน โฮล และตำหนิคงที่ในผลึก
เมื่อสิ่งมีชีวิตเติบโตขึ้น เซลล์รู้ได้อย่างไรว่าต้องทำอะไรในเวลาและตำแหน่งใด และตรรกะนั้นถูกเข้ารหัสไว้ในจีโนมอย่างไร?
Eric Davidson ได้ทำงานบุกเบิกในการ “ดีบัก” ตรรกะจีโนมเชิงเวลา-อวกาศนี้อย่างละเอียดในเม่นทะเล ซึ่งน่าทึ่งมาก สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตอย่างพวกเราไม่ได้มีแค่องค์ประกอบควบคุมที่อยู่เหนือยีนขึ้นไปทันที แต่ยังมีองค์ประกอบควบคุมที่อยู่ห่างออกไปเป็นแสนคู่เบสด้วย
บริเวณ DNA ที่อยู่ก่อนหน้า open reading frame ตรงต้นยีนมักมี DNA motif ที่โปรตีนซึ่งเพิ่มหรือลดการแสดงออกของยีนเข้ามาจับ และ Davidson กับคณะได้แสดงให้เห็นว่า บน transcription factor ที่จับกับ motif ควบคุมเหล่านี้ ยังมีชั้นโปรตีนอีกชั้นหนึ่งเข้ามาจับ และลำดับโปรตีนชั้นที่สองนั้นก็เรียกชั้นโปรตีนชั้นที่สามเข้ามาอีก เพื่อควบคุมการแสดงออกแบบมีเงื่อนไขตามอัตลักษณ์ของมัน
ชั้นที่สองและชั้นที่สามเข้ารหัสลำดับชั้นของการดำเนินการเชิงตรรกะ จึงมองได้ว่าเป็น นามธรรม ชนิดหนึ่งอย่างแท้จริง ภาพรวมแบบเปิดให้อ่านได้ที่อธิบายแนวคิดนี้ให้ผู้อ่านทั่วไปเข้าใจมากขึ้นคือ “ERIC DAVIDSON: STEPS TO A GENE REGULATORY NETWORK FOR DEVELOPMENT” ของ Ellen Rothenberg: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4828313/
หากต้องการดูตรรกะที่ถอดรหัสแล้วในรูปแบบ pseudocode และแผนภาพ ให้ดู “cis-Regulatory control circuits in development” ของ Howard และ Davidson: https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2004.03.031
ผม/ฉันเคยถาม LLM เกี่ยวกับเรื่องนี้โดยอาศัยความรู้พื้นฐานด้านประสาทวิทยาศาสตร์ที่มีรากจากความเข้าใจเรื่องความจำ การเรียนรู้ และศักยะงาน แต่เพราะงานวิจัยยังมีไม่มากและกระจัดกระจาย จึงยากจะมั่นใจว่าคำตอบถูกต้องหรือไม่
อยากรู้ว่าเกรเดียนต์แรงดันไฟฟ้าคืออะไรกันแน่ ต่างจากศักยะงานอย่างไร และกระบวนการระดับเซลล์เชื่อมโยงกับระบบที่ใหญ่กว่าอย่างไร ตัวอย่างเช่น SHH ถูกใช้ไม่เพียงในการเกิดรูปแบบแต่รวมถึงการงอกแขนขาใหม่ด้วยหรือไม่ ในแขนขาปกติมันอยู่ในสภาวะพักหรือไม่ เป็นเซลล์แขนขาหรือเซลล์สมอง และมีงานวิจัยใดที่อธิบายเรื่องนี้
Claude อธิบายว่าในการงอกแขนขาใหม่ของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก มีช่องโปรตอนแบบเปิด-ปิดด้วยแรงดัน Hv1, การดีโพลาไรซ์ของเซลล์เยื่อบุผิวบริเวณรอยตัด, เกรเดียนต์ pH และโปรตอน, เกรเดียนต์แคลเซียมและโซเดียม, การแพร่สัญญาณชีวไฟฟ้าระยะไกลผ่าน gap junction และรูปแบบเกรเดียนต์ของแรงดันกับไอออนที่กำหนดผลลัพธ์ของการงอกใหม่
นอกจากนี้ยังตอบว่า เกรเดียนต์แรงดันไฟฟ้าหรือสนามชีวไฟฟ้าไม่ใช่ค่าแรงดันเดี่ยว ณ จุดเดียว แต่เป็นรูปแบบของความต่างศักย์ที่กระจายในเชิงพื้นที่ และต่างจากศักยะงานตรงที่ศักยะงานคือความต่างศักย์ระหว่างสองด้านของเยื่อหุ้มเซลล์ ณ ช่วงเวลาหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ก็ยังรู้สึกเหมือนมีประเด็นสำคัญบางอย่างถูก “กวาดซ่อนไว้ใต้พรม” อยู่ดี
เป็นเอกสารที่เกี่ยวข้อง มีอย่างอื่นอีกไหม?
Computational Boundary of a Self: Bioelectricity and Scale-Free Cognition (2019) - https://news.ycombinator.com/item?id=39244333 - กุมภาพันธ์ 2024
Brains are not required to think or solve problems – simple cells can do it - https://news.ycombinator.com/item?id=39127028 - มกราคม 2024
Bioelectricity, Biobots, and the Future of Biology [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=38423588 - พฤศจิกายน 2023
How bioelectricity could regrow limbs and organs - https://news.ycombinator.com/item?id=38027587 - ตุลาคม 2023
M. Levin – Bioelectrical signals reveal, induce, and normalize cancer [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=37140965 - สิงหาคม 2023
https://news.ycombinator.com/item?id=36912245 - กรกฎาคม 2023
Aging as a morphostasis defect: a developmental bioelectricity perspective - https://news.ycombinator.com/item?id=36264719 - มิถุนายน 2023
Bioelectric networks: cognitive evolutionary scaling from physiology to mind - https://news.ycombinator.com/item?id=36009513 - พฤษภาคม 2023
Bioelectric networks: from body intelligence to regenerative medicine - https://news.ycombinator.com/item?id=35763121 - เมษายน 2023
Non-neural, developmental bioelectricity as a precursor for cognition - https://news.ycombinator.com/item?id=33902641 - ธันวาคม 2022
Michael Levin: Intelligence Beyond the Brain (networked daptive morphogenesis~) - https://news.ycombinator.com/item?id=33217070 - ตุลาคม 2022
Plasticity without genetic change – Michael Levin [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=32119375 - กรกฎาคม 2022
Mike Levin on using bioelectricity to study how cells form (2019) - https://news.ycombinator.com/item?id=27819791 - กรกฎาคม 2021
Persuading the Body to Regenerate Its Limbs - https://news.ycombinator.com/item?id=27062477 - พฤษภาคม 2021
The Link Between Bioelectricity and Consciousness - https://news.ycombinator.com/item?id=26435281 - มีนาคม 2021
Growing Neural Cellular Automata: A Differentiable Model of Morphogenesis - https://news.ycombinator.com/item?id=22300376 - กุมภาพันธ์ 2020
What Bodies Think About: Bioelectric Computation Outside the Nervous System - https://news.ycombinator.com/item?id=18736698 - ธันวาคม 2018
Brainless Embryos Suggest Bioelectricity Guides Growth - https://news.ycombinator.com/item?id=16589702 - มีนาคม 2018
Memory in the Flesh: Can memories survive outside the brain? - https://news.ycombinator.com/item?id=9226391 - มีนาคม 2015
Growing Neural Cellular Automata https://news.ycombinator.com/item?id=22300376, กุมภาพันธ์ 2020
น่าทึ่งที่ข้อมูลที่จำเป็นต่อการสร้างมนุษย์ แม้ไม่บีบอัดก็มีขนาดราว 750MB เช่น รวมไปถึงรูปร่างที่เฉพาะเจาะจงมากของสะบัก หรือแม้แต่ความกลัวแมงมุม
ถ้านำไข่ที่ปฏิสนธิแล้วซึ่งเหมือนกัน 10 ใบไปใส่ให้คนต่างกัน 10 คน ผลที่ได้จะไม่ใช่โคลน 10 คนอย่างที่คนมักคิดกัน แต่จะเป็นมนุษย์ที่แตกต่างกัน 10 คน เพราะไม่ใช่แค่พันธุกรรมของแม่เท่านั้น แต่อาหาร วิถีชีวิต และประวัติในอดีตก็ส่งผลอย่างมากต่อพัฒนาการระยะแรกของทารกในครรภ์ด้วย
เราไม่รู้ว่าต้องใช้ข้อมูลมากแค่ไหนเพื่ออธิบายเซลล์ที่มีชีวิตได้อย่างสมบูรณ์ หากไม่มีเซลล์เดิม DNA เพียงอย่างเดียวก็สร้างเซลล์ไม่ได้ ดังนั้นข้อมูลที่จำเป็นไม่ได้อยู่ใน DNA เท่านั้น
เมื่อเซลล์แบ่งตัวหรือสืบพันธุ์ นาโนโรบอตทั้งตัวจะถูกคัดลอกพร้อมการปรับแก้เล็กน้อย DNA จะบอกว่าควรปรับแก้นาโนโรบอตที่ถูกคัดลอกอย่างไร และยังเป็นไปได้ที่จะรีโปรแกรมเซลล์ใด ๆ ให้กลับสู่สถานะเดิม
ไม่มีใครรู้วิธีสร้างนาโนโรบอตที่เรียกว่าเซลล์ขึ้นมาตั้งแต่ศูนย์ เช่นเดียวกับที่โปรแกรมคอมพิวเตอร์ไม่ได้มีคำสั่งสำหรับสร้างคอมพิวเตอร์ ข้อมูลนั้นไม่ได้อยู่ใน DNA
ยิ่งไปกว่านั้น เรายังเพิ่งแตะผิวของ อีพิเจเนติกส์ เท่านั้น
การใช้ถ้อยคำทำนองว่า “ผลงานของเขาได้รับการนำเสนอในหลายที่ ตั้งแต่ Scientific American ไปจนถึงพอดแคสต์ Lex Fridman และ The New Yorker” ดูแปลกในฐานะวิธีพูดถึงความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์
ถ้าบอกว่าเขาตีพิมพ์บทความใน Lancet, Nature, Science อะไรทำนองนั้น น้ำหนักทางวิทยาศาสตร์คงชัดเจน แต่การได้รับการนำเสนอในสื่อวิทยาศาสตร์สำหรับคนทั่วไป พอดแคสต์คนดัง หรือนิตยสารสำหรับผู้อ่านทั่วไป แสดงได้เพียงว่างานวิจัยนั้นอธิบายหรือขายได้ดีแค่ไหน ไม่ได้บอกถึงความเข้มข้นของงานวิจัย
ส่วนที่ว่า “ทำให้กบสร้างแขนขาเพิ่ม หรือทำให้เกิดดวงตาที่มองเห็นได้จริงบนลำไส้หรือหาง” ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ขัดกันเอง
อย่างหนึ่งคือ “วิทยาศาสตร์ช่างน่าทึ่งจริง ๆ!” และอีกอย่างคือ “กบน่าสงสาร น่ากลัวเกินไปแล้ว”
ชื่อเรื่องแย่มากจริง ๆ ผมคิดว่าชื่อที่ดีกว่าน่าจะเป็นประมาณ Bioelectric Signals Guide Body Development and Regeneration
เขาไม่ได้ใช้เซลล์ปอด แต่ใช้ เซลล์หลอดลมมนุษย์
เขาบอกว่า “เพราะเป็นหนึ่งในเนื้อเยื่อไม่กี่ชนิดในร่างกายที่มีซิเลียแบบเคลื่อนที่ได้”
ดังนั้นมันจึงเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ได้
[0] https://twitter.com/drmichaellevin/status/173042805284737055...