Что происходит, когда вы берете клетки у эмбрионов лягушек и выращиваете их в новые организмы, которые «эволюционировали» алгоритмами? Вы получаете то, что исследователи называют первой в мире «живой машиной».
Хотя оригинальные стволовые клетки происходили от лягушек - африканская когтистая лягушка, Xenopus laevis - эти так называемые ксеноботы не похожи ни на каких известных амфибий. Крошечные пузырьки имеют ширину всего 0,04 дюйма (1 миллиметр) и сделаны из живой ткани, которую биологи собрали в тела, созданные компьютерными моделями, согласно новому исследованию.
Ученые сообщили, что эти подвижные организмы могут перемещаться независимо и коллективно, могут самоизлечиваться от ран и выживать неделями, а также могут использоваться для транспортировки лекарств внутри тела пациента.
«Они не являются ни традиционным роботом, ни известным видом животных», - говорится в заявлении соавтора исследования Джошуа Бонгарда, специалиста по вычислительной технике и робототехнике в Университете Вермонта. «Это новый класс артефактов: живой, программируемый организм».
Алгоритмы сформировали эволюцию ксеноботов. По словам ведущего автора исследования Сэма Кригмана, доктора наук, кандидата наук, изучающего эволюционную робототехнику на факультете компьютерных наук Университета Вермонта в Берлингтоне, они выросли из стволовых клеток кожи и сердца в сгустки тканей, состоящие из нескольких сотен клеток. ,
«Там нет внешнего управления от пульта дистанционного управления или биоэлектричества. Это автономный агент - это почти как заводная игрушка», - сказал Кригман в интервью Live Science.
Биологи установили компьютерные ограничения для автономных ксеноботов, такие как максимальная мышечная сила их тканей и то, как они могут перемещаться в водной среде. Затем алгоритм породил поколения крошечных организмов. Самые эффективные боты будут «воспроизводиться» внутри алгоритма. И так же, как эволюция работает в мире природы, компьютерные программы удаляют наименее удачные формы.
«В конце концов, он смог дать нам проекты, которые на самом деле можно было перенести в реальные клетки. Это был прорыв», - сказал Кригман.
Затем авторы исследования воплотили эти конструкции в жизнь, соединив стволовые клетки, чтобы сформировать автономные трехмерные фигуры, разработанные алгоритмом эволюции. Клетки кожи удерживали ксеноботов вместе, и биение сердечной ткани в определенных частях их «тел» продвигало «ботов через воду в чашке Петри в течение нескольких дней и даже недель подряд, без необходимости в дополнительных питательных веществах», - говорится в исследовании. , По словам Кригмана, «боты смогли даже устранить значительный ущерб».
«Мы разрезали живого робота почти пополам, и его клетки автоматически застегнули его тело обратно», - сказал он.
«Мы можем представить себе множество полезных применений этих живых роботов, чего не могут делать другие машины», - сказал соавтор исследования Майкл Левин, директор Центра регенеративной биологии и биологии развития Университета Тафтса в штате Массачусетс. Это может включать нацеливание на токсичные разливы или радиоактивное загрязнение, сбор морских микропластиков или даже выкапывание бляшек из человеческих артерий, говорится в заявлении Левина.
Творения, которые стирают грань между роботами и живыми организмами, являются популярными предметами в научной фантастике; вспомните машины-убийцы из фильмов «Терминатор» или репликантов из мира «Бегущий по лезвию клинка». По словам Левина, перспектива так называемых живых роботов - и использование технологий для создания живых организмов - вызывает определенные опасения у некоторых.
«Этот страх не является необоснованным», сказал Левин. «Когда мы начнем возиться со сложными системами, которые мы не понимаем, мы получим непредвиденные последствия».
Тем не менее, использование простых органических форм, таких как ксеноботы, может также привести к выгодным открытиям, добавил он.
«Если человечество выживет в будущем, нам нужно лучше понять, как сложные свойства каким-то образом возникают из простых правил», - сказал Левин.
Полученные результаты были опубликованы онлайн 13 января в журнале «Известия Национальной академии наук».
