Ученые из Университета Вермонта, Университета Тафтса и Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета опубликовали исследование, в котором сообщили, что обнаружили новый тип биологического воспроизводства, отличный от всех известных ранее видов размножения растений или животных. Новый способ размножения был использован ксеноботами – созданными учеными органическими роботами.
В пресс-релизе, опубликованном Институтом Висс, говорится, что ксеноботы – это форма жизни, полученная из стволовых клеток африканской когтистой лягушки. Крошечные ксеноботы размером менее одного миллиметра были впервые созданы в 2020 году. Эксперименты показали, что они могут двигаться, работать в группах и самовосстанавливаться.
Чтобы создать ксеноботов, исследователи взяли живые стволовые клетки у эмбрионов лягушки и оставили их для инкубации. «Большинство людей думают, что роботы сделаны из металлов и керамики, но дело не столько в том, из чего сделан робот, сколько в том, что он делает, а именно – действует сам по себе от имени людей», – сказал Джош Бонгард, профессор информатики и робототехники и ведущий автор исследования. «Таким образом, это робот, но это также явно организм, сделанный из генетически немодифицированной клетки лягушки», – объяснил он.
У африканской когтистой лягушки эти эмбриональные клетки развиваются в кожу. «Они были бы снаружи головастика, защищая его от патогенов и перераспределяя слизь, но мы помещаем их в новый контекст. Мы даем им возможность переосмыслить свою многоклеточность, и то, что они представляют из себя вне эмбриона лягушки, – это нечто совсем иное, чем кожа», — говорит профессор биологии Майкл Левин. По его словам, эти клетки имеют геном лягушки, но, освободившись от превращения в головастиков, они используют свой «коллективный разум» и пластичность, чтобы создать что-то удивительное.
Сам по себе ксенобот состоит из примерно 3000 клеток, которые образуют сферу. У него могут появиться дети, но обычно после этого система умирает. Но с помощью искусственного интеллекта ученые смогли подобрать форму размножения через кинематическую репликацию (процесс создания копий), о которой и сообщается в новом исследовании. По словам ученых, кинематическая репликация происходит на молекулярном уровне и никогда ранее не наблюдалась в масштабах целых клеток или организмов.
С помощью суперкомпьютера ученые смогли создать С-образную форму, напоминающую Пакмана из видеоигры 1980-х годов (красное тело на фото ниже). Эти спроектированные компьютером и собранные человеком организмы могут плавать в чашке Петри, находить отдельные клетки и собирать у себя «во рту» сотни маленьких ксеноботов, которые выглядят и двигаются точно так же, как их прародители. Эти новые ксеноботы также смогут искать клетки и создавать свои копии. И так снова и снова.
«ИИ не запрограммировал эти клетки так, как мы представляем себе написание компьютерного кода. Он просто придумал и вылепил форму Пакмана. Форма – это, по сути, программа, которая влияет на поведение ксеноботов», – сказал Бонгард.
Хотя самовоспроизводящиеся биотехнологии могут вызывать некоторое беспокойство, исследователи уверяют, что живые машины содержались в лабораторных условиях и их легко умертвить. Исследование частично финансировалось Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов – федеральным агентством США, которое наблюдает за разработкой технологий для использования в военных целях.
Пока ксеноботы – примитивная технология, не имеющая практического применения. Однако, по мнению исследователей, это сочетание молекулярной биологии и искусственного интеллекта потенциально может быть использовано для решения множества задач, связанных с телом и окружающей средой. Например, ксеноботам могут найти применение при сборе микропластика в океанах, проверке корневой системы растений и в регенеративной медицине, утверждается в пресс-релизе.
«Если бы мы знали, как приказать группам клеток делать то, что мы хотим, мы бы смогли лечить травмы, устранять врожденные пороки, бороться с раком и замедлять старение», – сказал Левин. По его словам, все эти проблемы существуют, потому что ученые пока не могут контролировать и предсказывать то, в какие группы будут собираться клетки, и поэтому ксеноботы – это своеобразная платформа для обучения, пишет The Hill. «Нам необходимо создавать технологические решения, которые будут развиваться с той же скоростью, что и проблемы, с которыми мы сталкиваемся», – говорит об этом Бонгард.