Ученые создали первых живых роботов, дающих потомство
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.
