Co dzieje się, gdy pobierasz komórki z embrionów żab i hodujesz je w nowych organizmach, które „ewoluowały” za pomocą algorytmów? Dostajesz coś, co naukowcy nazywają pierwszą na świecie „żywą maszyną”.
Chociaż oryginalne komórki macierzyste pochodziły od żab - afrykańskiej żabiej szpony, Xenopus laevis - te tak zwane ksenoboty nie przypominają żadnych znanych płazów. Maleńkie plamy mierzą tylko 0,04 cala (1 milimetr) szerokości i są wykonane z żywej tkanki, którą biolodzy zgromadzili w ciałach zaprojektowanych przez modele komputerowe, według nowego badania.
Te mobilne organizmy mogą poruszać się niezależnie i zbiorowo, mogą leczyć rany i przetrwać kilka tygodni na raz, a potencjalnie mogą być wykorzystane do transportu leków w ciele pacjenta, niedawno badacze.
„Nie są ani tradycyjnymi robotami, ani znanymi gatunkami zwierząt”, powiedział współautor badania Joshua Bongard, informatyk i ekspert w dziedzinie robotyki z University of Vermont. „To nowa klasa artefaktów: żywy, programowalny organizm”.
Algorytmy kształtowały ewolucję ksenobotów. Wyrosły ze skóry i komórek macierzystych serca w skupiska tkanek kilkuset komórek, które poruszały się w pulsach generowanych przez tkankę mięśniową serca, powiedział główny autor badań Sam Kriegman, doktorant studiujący robotykę ewolucyjną na Wydziale Informatyki Uniwersytetu w Vermont w Burlington .
„Nie ma zewnętrznej kontroli z pilota lub bioelektryczności. Jest to autonomiczny czynnik - to prawie jak zwijana zabawka” - powiedział Kriegman dla Live Science.
Biolodzy nakarmili komputerowymi ograniczeniami autonomicznych ksenobotów, takimi jak maksymalna moc mięśni ich tkanek i sposób, w jaki mogą poruszać się w wodnym środowisku. Następnie algorytm wytworzył pokolenia drobnych organizmów. Najbardziej wydajne boty „rozmnażałyby się” w algorytmie. I podobnie jak ewolucja działa w świecie przyrody, najmniej udane formy zostałyby usunięte przez program komputerowy.
„W końcu udało nam się stworzyć projekty, które można było przenieść do prawdziwych komórek. To był przełom” - powiedział Kriegman.
Następnie autorzy badania ożyli te projekty, łącząc komórki macierzyste ze sobą, tworząc samozasilające się kształty 3D zaprojektowane przez algorytm ewolucji. Komórki skóry utrzymywały ksenoboty razem, a bicie tkanki serca w określonych częściach ich „ciał” napędzało boty przez wodę na szalce Petriego przez kilka dni, a nawet tygodni bez przerwy, bez dodatkowych składników odżywczych, zgodnie z badaniem . „Boty potrafiły nawet naprawić znaczne szkody,” powiedział Kriegman.
„Przecięliśmy żywego robota prawie o połowę, a jego komórki automatycznie zapięły jego ciało z powrotem” - powiedział.
„Możemy sobie wyobrazić wiele użytecznych zastosowań tych żywych robotów, których inne maszyny nie są w stanie zrobić” - powiedział współautor badań Michael Levin, dyrektor Center for Regenerative and Developmental Biology na Tufts University w Massachusetts. Levin powiedział w oświadczeniu, że mogą one obejmować zwalczanie toksycznych wycieków lub skażenia radioaktywnego, zbieranie morskich mikroplastików, a nawet wydobywanie płytki nazębnej z tętnic ludzkich.
Kreacje, które zacierają granicę między robotami a żywymi organizmami, są popularnymi tematami w science fiction; pomyśl o zabójczych maszynach w filmach „Terminator” lub replikach ze świata „Blade Runner”. Levin powiedział, że perspektywa tak zwanych żywych robotów - i wykorzystanie technologii do tworzenia żywych organizmów - co zrozumiałe, budzi obawy niektórych.
„Ten strach nie jest nierozsądny” - powiedział Levin. „Kiedy zaczniemy bawić się złożonymi systemami, których nie rozumiemy, otrzymamy niezamierzone konsekwencje”.
Dodał jednak, że bazowanie na prostych formach organicznych, takich jak ksenoboty, może również prowadzić do korzystnych odkryć.
„Jeśli ludzkość ma przetrwać w przyszłości, musimy lepiej zrozumieć, w jaki sposób złożone właściwości wyłaniają się z prostych zasad” - powiedział Levin.
Odkrycia zostały opublikowane online 13 stycznia w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.
