Naukowcy tworzą pierwsze na świecie samoreplikujące się, żywe roboty

Naukowcy z Uniwersytetu w Vermont, Uniwersytetu Tufts i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Uniwersytecie Harvarda stworzyli pierwsze na świecie samoreplikujące się, żywe roboty. Osiągnięcie to nastąpiło po odkryciu nowej formy biologicznej reprodukcji.

Wyniki badań opublikowano w Proceedings of the National Academy of Sciences.

Żywe Xenobots

Zespół, który zbudował pierwsze żywe „Xenobots”, odkrył, że organizmy zaprojektowane komputerowo i złożone ręcznie są w stanie pływać do swojego małego naczynia, aby znaleźć pojedyncze komórki. Następnie gromadzą setki komórek, aby zbudować „niemowlęce” Xenobots, które stają się regularnymi Xenobots po kilku dniach.

Nowe Xenobots mogą następnie wyruszyć i zbudować kopie siebie, powtarzając ten proces wielokrotnie.

Joshua Bongard, Ph.D., jest komputerowym naukowcem i ekspertem w dziedzinie robotyki na Uniwersytecie w Vermont. Kierował on badaniami.

„Z odpowiednim projektem – będą się samoreplikować spontanicznie”, powiedział Bongard.

Zespół zainspirował się Xenopus laevis, żabą, w której komórki zarodkowe rozwijałyby się w skórę.

Michael Levin, Ph.D., jest profesorem biologii i dyrektorem Allen Discovery Center na Uniwersytecie Tufts oraz współkierownikiem nowych badań. Jest również członkiem Wyss Institute.

„Siedzieliby na zewnątrz kijanki, chroniąc przed patogenami i redystrybuując śluz”, powiedział Levin. „Ale my dajemy im szansę, aby przewartościować swoją wielokomórkowość.”

Douglas Blackiston, Ph.D., jest współautorem badań i starszym naukowcem na Uniwersytecie Tufts i w Wyss Institute. Odpowiadał za składanie Xenobotów „rodziców” i rozwijanie biologicznej części badania.

“Ludzie myśleli przez długi czas, że opracowaliśmy wszystkie sposoby, w jakie życie może się rozmnażać lub replikować. Ale to jest coś, czego nie obserwowano wcześniej”, powiedział Blackiston.

“To jest ogromne”, kontynuował Levin. “Te komórki mają genom żaby, ale, uwolnione od stania się kijankami, używają swojej zbiorowej inteligencji, plastyczności, aby zrobić coś zdumiewającego.”

Samoreplikacja

Poprzednie eksperymenty pokazały, jak Xenobots mogą być zaprojektowane do wykonania prostych zadań, ale nowe pokazują, jak biologiczne obiekty mogą się samoreplikować spontanicznie.

“Mamy pełny, niezmieniony genom żaby, ale nie daje on żadnych wskazówek, że te komórki mogą współpracować w tym nowym zadaniu”, powiedział Levin.

Sam Kriegman, Ph.D., jest głównym autorem badania.

“To są komórki żaby replikujące się w sposób bardzo różny od tego, w jaki robią to żaby. Żadne zwierzę lub roślina znana nauce nie replikuje się w ten sposób”, powiedział Kriegman.

Jednym z największych przełomów w tym badaniu było udowodnienie kinematycznej replikacji, której nie obserwowano na poziomie całych komórek lub organizmów.

Ponieważ jest to zupełnie nowe terytorium w dziedzinie robotyki, zespół odpowiada na ryzyko związane z taką technologią.

“Pracujemy nad zrozumieniem tej właściwości: replikacji. Świat i technologie szybko się zmieniają. Ważne jest, dla społeczeństwa jako całości, abyśmy zrozumieli, jak to działa”, powiedział Bongard. “(Roboty) nie są tym, co mnie niepokoi. To, co stanowi ryzyko, to następna pandemia; przyspieszony uszczerbek ekosystemu z powodu zanieczyszczenia; nasilone zagrożenia ze strony zmian klimatycznych. To jest idealny system, w którym można badać samoreplikujące się systemy. Mamy moralny imperatyw, aby zrozumieć warunki, w których możemy je kontrolować, kierować, gasić, wyolbrzymiać.”

Żywe roboty są w całości przechowywane w laboratorium, mogą być łatwo wygaszone i są sprawdzane przez federalnych, stanowych i instytucjonalnych ekspertów ds. etyki.

Zespół widzi wiele potencjalnych zastosowań takiej technologii, w tym medycynę regeneratywną.

“Gdybyśmy wiedzieli, jak powiedzieć grupom komórek, aby robiły to, co chcemy, aby robili, ostatecznie, to jest medycyna regeneratywna – to jest rozwiązanie urazów pourazowych, wad wrodzonych, raka i starzenia”, powiedział Levin. “Wszystkie te różne problemy są tutaj, ponieważ nie wiemy, jak przewidzieć i kontrolować, co grupy komórek będą budować. Xenobots są nową platformą do nauki.”