Новости

Собирают сами себя: как размножаются живые роботы

Ученые создали первых живых роботов, дающих потомство

Слушать
Остановить
Живых роботов, умеющих производить потомство, создали биологи из США. Организмы на основе эмбриональных клеток лягушки оказались способны собирать из этих клеток свои подобия — ранее такой механизм воспроизводства наблюдался лишь на молекулярном уровне. Исследователи рассчитывают использовать ксеноботов для множества различных задач, от сбора пластика в океане до регенеративной медицины.

В 2020 году американские биологи из Вермонтского, Тафтского и Гарвардского университетов создали ксеноботов — «живых роботов». Для этого они взяли плюрипотентные стволовые клетки из кожи эмбрионов африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis) и выращивали их в солевом растворе. Клетки сливались в сфероидный организм, отращивая на внешнем слое реснички, которые помогали ему передвигаться.

«Большинство людей думают о роботах как о созданиях из металлов и керамики, но дело не столько в том, из чего сделан робот, сколько в том, что он делает — действует самостоятельно на пользу человеку, — говорит профессор информатики и эксперт по робототехнике Джош Бонгард, ведущий автор исследования. — В этом смысле это робот, но это также и организм, созданный из генетически немодифицированной клетки лягушки».

Теперь эта же группа исследователей выяснила, что их творение способно размножаться.

Этот процесс ученые описали в статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

У ксеноботов нет ни нейронов, ни репродуктивной, пищеварительной и прочих систем, они естественным образом распадаются через две недели.

«Они точно не вырастают в лягушек, они фактически сохраняют ту форму, в которой мы хотим их оставить, — рассказывает Бонгард. — И они выглядят и ведут себя совсем не так, как обычная лягушка».

Размножаются ксеноботы тоже не так, как лягушки. Животные и растения могут размножаться половым (как с помощью оплодотворения, так и однополым способом) и бесполым путем, ксеноботы же прибегают к кинематической саморепликации, которая ранее не наблюдалась у организмов — лишь у молекул.

При саморепликации ксеноботы используют вещества, находящиеся в окружающей среде, чтобы создавать свои копии.

Концепция самореплицирующихся машин была предложена еще в XIX веке, но развитие получила лишь во второй половине XX века. В XXI веке стартовали проекты, посвященные созданию самовоспроизводящихся клеточных автоматов, роботов и даже фабрик, которые позволят колонизировать Луну и Марс.

«Кинематическая саморепликация в молекулах определенно была важна в начале жизни на Земле. Но мы не знаем, играла ли эта форма репликации, которую мы сейчас наблюдаем в группах клеток, какую-то роль в зарождении жизни», — отмечает Бонгард.

Это свойство ксеноботов ученые открыли, наблюдая за их поведением в чашке Петри, где содержалась вода из пруда и клетки эмбрионов лягушки. Ксеноботы перемещались в чашке, сталкиваясь с другими клетками и собирая их в кучи. Если куча оказывалась достаточно велика — около 50 клеток, — она образовывала нового ксенобота. «Потомство» повторяло поведение «предков», но вот «внуки» уже оказывались слишком слабы и неспособны воспроизводиться.

«Мы обнаружили, что синтетические многоклеточные агрегаты также могут воспроизводиться кинематически, перемещая и сжимая диссоциированные клетки в окружающей среде в функциональные самокопии, — пишут авторы работы. — Эта форма сохранения вида, ранее не наблюдаемая ни у одного организма, возникает спонтанно в течение нескольких дней, а не развивается тысячелетиями».

«Меня это поразило, — признается профессор биологии Майкл Левин, соавтор исследования. — У лягушек есть способ размножения, который они обычно используют, но если освободить определенные клетки от остальной части эмбриона и дать им понять, как оказаться в новой среде, они не только находят новый способ передвижения, но и, очевидно, новый способ размножения».

То, что кинематическая саморепликация, ранее не наблюдаемая ни у растений, ни у животных, могла возникнуть без генетической модификации, демонстрирует, насколько радикально и быстро биологические существа могут адаптироваться и изменяться в ответ на окружающую среду, объясняют исследователи.

Моделирование с помощью искусственного интеллекта показало, что, если придать ксеноботам определенную форму, например, персонажа игры Pac-Man, они будут воспроизводить ее при репликации. Кроме того, эта форма оказалась наиболее удачной для дальнейшей саморепликации — «рот» помогал более эффективно собирать в кучу эмбриональные клетки. Также удалось выяснить, что ксеноботы способны, например, чинить электрические цепи — но пока этот результат получен тоже на основе моделирования, а не реального эксперимента.

Исследователи рассчитывают, что ксеноботов получится использовать для различных задач, от сбора микропластика в водоемах до медицинских вмешательств — например, в случае, когда необходимо ускорить регенерацию клеток.

Загрузка