全球首個“自我復制”的活體機器人誕生

從萌芽植物到有性動物再到入侵病毒等，在數十億年的時間里，生物體已經進化出多種復制方式?，F在，美國佛蒙特大學、塔夫茨大學和哈佛大學威斯生物啟發(fā)工程研究所(以下簡稱威斯研究所)的科學家發(fā)現了一種全新的生物復制形式——在運動中產生后代，并將這一發(fā)現應用于創(chuàng)造有史以來第一個可自我復制的活體機器人。

這支團隊此前制造了第一批活體機器人(“Xenobot”，由青蛙細胞組裝而成，報告于2020年)?，F在，他們發(fā)現，這些計算機設計和手工組裝的生物體可以在培養(yǎng)皿中游動并找到單個細胞，它們將數百個細胞聚集在一起，并在它們的吃豆人形狀的“嘴”中組裝“嬰兒”活體機器人——幾天后，后者成為新的活體機器人，外形和動作與前者一樣。這些新的活體機器人可以重復上述過程，找到細胞，建立自己的副本。

2021年11月29日，相關研究成果發(fā)表于美國《國家科學院院刊》。

很長一段時間以來，人們認為已經找到了生命復制的所有方法?！暗@是以前從未被觀察到的。”論文合著者、塔夫茨大學和威斯研究所資深科學家Douglas Blackiston說，他組建了Xenobot的“父母”，并開發(fā)了新研究的生物學部分。

在非洲爪蟾蛙體內，這些胚胎細胞會發(fā)育成皮膚。“但我們將它們置于一個全新的環(huán)境中?！毖芯康念I導者之一、塔夫茨大學艾倫探索中心主任Michael Levin說。

在早期的實驗中，科學家驚訝于活體機器人可以被設計用于完成簡單任務；現在，他們震驚于這些生物體——計算機設計的細胞集合，會自發(fā)復制。

Xenobot母體由大約3 000個細胞組成，形成一個球體?！皩嶋H上，讓系統繼續(xù)繁殖是非常困難的?！闭撐闹饕髡?、塔夫茨大學和威斯研究所研究員Sam Kriegman說，但隨著人工智能程序在“深綠”超級計算機集群中工作，一種進化算法能在模擬中測試數十億種體形。在這項新研究中，科學家發(fā)現了一種方法，可以讓細胞在“運動學”復制中更加有效。

“我們讓超級計算機弄清楚如何調整Xenobot最初的形狀，經過幾個月，人工智能給出了一些奇怪的設計，其中一個很像吃豆人。”Kriegman說。

“我們發(fā)現，在生物體或生命系統中有一個以前未知的巨大空間?！毖芯款I導者之一、佛蒙特大學計算機科學家Joshua Bongard說，“我們發(fā)現了會走路的活體機器人、會游泳的活體機器人，在這項研究中，我們發(fā)現了可以進行運動學復制的活體機器人。此外，還會有什么？”

或許正如科學家在美國《國家科學院院刊》上寫的那樣，“生命在表面之下隱藏著令人驚訝的行為，等待被發(fā)現”。

有些人可能會為這個發(fā)現而振奮，有些人可能會對自我復制生物技術的概念感到擔憂甚至恐懼。對于該團隊來說，目標是更深入地理解這一行為。

研究團隊也看到了再生醫(yī)學研究的前景?！叭绻覀冎廊绾巫尲毎鹤鑫覀兿胱屗鼈冏龅氖拢瑢⒄Q生創(chuàng)傷損傷、出生缺陷、癌癥等問題的解決方案?！?Levin說。