Созданы первые в мире самовоспроизводящиеся «ксеноботы»
«Живые робот» разработаны на основе клеток лягушки Xenopus laevis.
Группа ученых из университетов Вермонта, Тафта и Гарварда создали первых в мире живых роботов, которые способны к самовоспроизведению. Их назвали «ксеноботы»: в основе их механизма лежат стволовые клетки гладкой шпорцевой лягушки Xenopus laevis.
Концепция ксеноботов представлена еще в 2020 году: это микророботы, которые проектируются из клеток с помощью компьютера. Родительский объект ксенобота состоит из примерно 3000 клеток, соединенных в сферу. Из них может появляться потомство, но затем система отмирает. Теперь ученые смогли продлить срок ее активности.
С помощью программы искусственного интеллекта алгоритм протестировал миллиарды форм тел, чтобы найти оптимальную для «кинематической репликации». Так называется процесс, при котором молекулы формируют свои копии за счет объединения со «строительными блоками». Оказалось, что идеальной является форма, напоминающая Пакмана (Pac-Man), персонажа японских видеоигр.
Our third xenobots paper was published today in PNAS.
In a nutshell: they can now self-replicate.
w/ @DougBlackiston, @drmichaellevin, @DoctorJosh
More info: https://t.co/ySLBHeaGlL pic.twitter.com/vTvS2E3PoG
— Sam Kriegman (@Kriegmerica) November 29, 2021
Плавая в чашке Петри в солевом растворе, родительская сфера находит отдельные клетки, собирает их внутри своего «рта» и затем производит ксеноботов-«детенышей». Всего за несколько дней это поколение становится взрослым, выглядит и двигается точно так же, как и «родители». Помещенные в новую чашку Петри, «дети» точно так же притягивают свободно плавающие клетки и создают свои копии.
В обычных условиях эти клетки покрывали бы тело головастика, не давая проникнуть в организм болезнетворным микроорганизмам и перераспределяя слизь. В новых условиях они ведут себя по-другому: они по-прежнему несут в себе геном лягушки, но вместо превращения в головастиков используют свой коллективный разум и пластичность, чтобы сделать «что-то поразительное». Ни одно животное или растение, известное науке, не воспроизводится таким образом.
«Большинство людей думает о роботах как о металлических аппаратах. Но дело не столько в том, из чего сделан робот, сколько в том, чем он может быть полезен для человека. В этом смысле это тоже робот, но притом и организм, созданный из генетически немодифицированной клетки лягушки», – Джош Бонгард из Университета Тафта.
Открытие интересно с нескольких точек зрения. Ксеноботы могут проникать в ту среду, куда не смогут попасть обычные роботы. С помощью них получится находить следы радиоактивного загрязнения, извлекать микропластик из океана или передвигаться по кровеносным сосудам, очищая их от бляшек.
«Если мы поймем, как заставить группы клеток делать то, что мы от них хотим, в конечном счете они станут инструментом регенеративной медицины и избавлением от травматических повреждений, врожденных дефектов, а также рака и старения», — говорят авторы исследования.
А в научном смысле этот прорыв показывает абсолютно новую модель воспроизведения: кинематическую саморепликацию. Этот процесс известен на молекулярном уровне, но его раньше не наблюдали в масштабах клетки или организма. В начале жизни на Земле кинематическая саморепликация в молекулах могла сыграть свою эволюционную роль, но до сих пор неизвестно, могли ли эта модель участвовать в зарождении жизни. Возможно, теперь ученые на шаг приблизились к ответу.