能够自我复制的Xenobots或代表了生物繁殖新形式

2021年11月30日 16:09 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

如果用青蛙细胞制成的活体机器人的想法对你来说还不够奇怪,那么用青蛙细胞制成的活体机器人具有繁殖能力的想法如何?这些首创的Xenobots不仅是现代生物工程的一个奇迹,可以为再生医学带来令人兴奋的可能性,而且还代表了一种科学上从未观察到的生物繁殖类型。

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据悉,这些新型机器人建立在去年的研究基础上,佛蒙特大学(UVM)、塔夫茨大学和哈佛大学的科学家们用从Xenopus laevis青蛙身上采集的细胞开发了活体机器人。这些机器人由超级计算机设计并由手工组装,依靠储存的胚胎能量在培养皿中游动,根据其设计执行不同的任务--包括在其环境中推送材料甚至用松散的细胞形成复制品。

这项研究的论文第一作者Sam Kriegman说道:“这些可以制造孩子,但之后该系统通常会消亡。实际上,要让这个系统继续繁殖是非常困难的。”

为了让他们的Xenobots具备这样的能力,科学家们再次求助于一个基于超级计算机的进化算法以测试出数十亿种不同的潜在身体形状。这些包括三角形、正方形、金字塔和星鱼,其目标是找到一种设计,从而使Xenobot能够进行研究人员称之为基于运动的“运动学复制”。

这种现象已经在分子水平上被观察到,分子会通过向其他构件移动并与之结合形成自身的副本来进行复制。虽然这在整个细胞或生物体中从未见过,但通过超级计算机吐出的设计则能产生一个能够做到这一点的Xenobot。

Kriegman介绍道:“我们要求弗吉尼亚大学的超级计算机找出如何调整初始父母的形状,人工智能则经过几个月的努力想出了一些奇怪的设计,包括一个类似于吃豆人的设计。这是非常不直观的。它看起来非常简单,但它不是一个人类工程师会想出来的东西。为什么是一张小嘴?为什么不是五个?我们把结果发给了Doug(合著者Douglas Blackiston),他建造了这些吃豆人形状的Xenobots父母。然后这些父母造出了孩子,孩子造出了孙子,孙子造出了曾孙,曾孙造出了曾孙。”

这些吃豆人形状的Xenobots在盘子里游来游去、收集数百个单细胞并在它们的嘴里组装成婴儿,这些婴儿在几天内发展成Xenobots,其外观和动作跟它们的父机器人一样。然后这些新的Xenobots可以做同样的事情,一次又一次地建立自己的副本。

“这很有意义,”论文研究作者Michael Levin说道,“这些细胞拥有青蛙的基因组,但摆脱了成为蝌蚪的束缚,它们利用它们的集体智慧、一种可塑性来做出一些令人震惊的事情。”

科学家们指出,目前还没有任何动物或植物能以这种方式进行繁殖,另外他们还认为新一代的Xenobots是研究自我复制系统的理想载体。虽然自我复制机器人的想法可能会引起一些人的担忧,但该团队指出,其实验是在受控的环境中进行的且可以很容易地将其熄灭。

希望这些类型的复制机器人能帮助人类更迅速地解决复杂问题。这可能意味着可以开发机器来清理水道中的微塑料、开发出新型病毒的疫苗或治疗各种疾病的药物。

“如果我们最终知道如何告诉细胞集合做我们想让它们做的事情,这就是再生医学--这就是创伤、出生缺陷、癌症和衰老的解决方案。所有这些不同的问题都在这里,因为我们不知道如何预测和控制哪些细胞群将会建立。Xenobots是一个新的平台,可以教我们,”Levin说道。

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