Живі роботи навчились розмножуватись

Створені зі стовбурових клітин африканської пазуристої жаби (Xenopus laevis), від якої вони отримали свою назву, ксеноботи мають менш як міліметр у довжину. Уперше цих істот продемонстрували публіці у 2020 році, коли експерименти показали, що вони здатні рухатися, працювати у групах та самовідновлюватись.

Тепер науковці з Університету Вермонта, Університету Тафтса та Інституту біологічної інженерії Вісса Гарвардського університету стверджують, що відкрили зовсім нову форму біологічного розмноження, якої не використовує жодна відома науці тварина чи рослина.

«Побачене мене сильно вразило, – сказав один з головних авторів дослідження, професор біології Університету Тафтса Майкл Левін. – Жаби мають свій спосіб розмноження, але коли ви відокремлюєте їхні клітини від решти ембріона і даєте їм шанс збагнути, як існувати у новому середовищі, вони винаходять не лише новий спосіб пересування, а й розмноження».

Стовбурові клітини – це неспеціалізовані клітини, які можуть розвиватися у різні типи клітин. Щоби створити ксеноботів, дослідники зіскоблили живі стовбурові клітини з ембріонів жаби і залишили їх інкубуватися. Жодних маніпуляцій з генами при цьому не проводили.

«Більшість людей думають, що роботів створюють з металів або кераміки, але питання полягає не у тому, з чого зроблений робот, а в тому, що він уміє робити, а саме діяти автономно, але від імені людини, – сказав провідний автор дослідження, професор інформатики та математики Університету Вермонта Джош Бонгард. – Отже, ксенобот – робот, але при цьому також організм, створений з генетично немодифікованих клітин жаби».

За його словами, спостерігаючи за ксеноботами, які спершу мали форму кулі і складалися приблизно з трьох тисяч клітин, науковці виявили, що вони здатні відтворюватися. Але це траплялося рідко і лише за певних обставин. Процес, який вони при цьому використовували, називається «кінетичною реплікацією». Відомо, що він відбувається на молекулярному рівні, проте його ще ніколи не спостерігали у масштабі клітини чи цілого організму.

Використовуючи штучний інтелект, науковці протестували мільярди різних форм, щоби виявити ту, яка би зробила процес реплікації максимально ефективним. З допомогою суперкомп’ютера вони отримала С-подібну форму, що нагадує персонажа з відеогри 1980-х «пак-мана». Ксенобот такої форми здатний збирати у своєму «роті» крихітні стовбурові клітини у чашці Петрі, а через кілька днів їхня в’язка перетворюється на нового ксенобота.

«Штучний інтелект не програмував цих істот у спосіб, що нагадує написання комп’ютерного коду. Натомість він надав їм форму “пак-мана”. А форма – це, по суті, програма. Вона впливає на поведінку ксеноботів, посилюючи процес реплікації».

Поки що ксеноботи є дуже ранньою технологією, що нагадує комп’ютери 1940-х років, і не мають практичного застосування. Однак, на думку дослідників, це дивовижне поєднання молекулярної біології та штучного інтелекту потенційно можна буде використовувати для вирішення безлічі завдань, починаючи від збирання мікропластику в океанах й до застосувань у регенеративній медицині.

Хоча перспектива біотехнології, що самовідтворюється, викликає занепокоєння, вчені заявили, що «живі машини» повністю утримують всередині лабораторії, усі експерименти з ними регулює етична комісія, й вони, крім того, легко знищуються і швидко розкладаються.

Дослідження частково профінансувало Агентство перспективних оборонних дослідницьких проєктів США – федеральне агентство, яке курує розробку військових технологій. Стаття з його описом опублікована в журналі PNAS.

Katie Hunt

World's first living robots can now reproduce, scientists say

CNN, 29/11/2021

Зреферував Є. Л.

Оригінал дослідження:

Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin and Josh Bongard

Kinematic self-replication in reconfigurable organisms

PNAS, December 7, 2021 118 (49)