科学家创造Xenobots能够繁殖

要坚持,生活必须繁殖。数十亿年来,生物进化出了许多复制的方法,从初露头角的植物性动物入侵的病毒。

现在大学的科学家佛蒙特州,塔夫茨大学和哈佛大学生物工程研究所发现了一种全新的生物繁殖和应用他们的发现创造第一,自我复制的机器人。

同一团队建造了第一生活的机器人(“Xenobots”,从青蛙细胞组装报告在出2020辆手工组装)发现,这些设计和生物可以游到小碟子,找到单个细胞,收集数以百计的在一起,和组装“宝贝”Xenobots Pac-Man-shaped里“嘴”——,几天后,成为新的Xenobots看起来,就像自己。

然后这些新的Xenobots可以出去,发现细胞,构建自己的副本。一次又一次。

“正确的设计方案将自发地自我复制”,邦加德约书亚说,博士,计算机科学家和佛蒙特大学的机器人技术专家共同开辟了新领域。

一项新研究的结果发表在11月29日,2021年美国国家科学院院刊》上。

向未知的

在一个非洲爪蟾蜍光滑的青蛙,这些胚胎干细胞发展成皮肤。“他们会坐在外面的蝌蚪,使病原体和重新分配粘液,”说迈克尔·莱文博士,教授生物学和塔夫茨大学的艾伦发现中心的主任,也是这项新研究的领导者之一。“但我们把它们变成小说的背景。我们给他们一个机会来重新定义他们的多细胞生物。“莱文也是助理教员Wyss研究所。

他们想象的东西远比皮肤不同。“人们已经想了很长时间,我们的所有工作,生活方式可以复制或复制。但这是以前从来没有被观察到的东西,”合著者道格拉斯Blackiston博士说,塔夫茨大学的资深科学家和Wyss研究所组装Xenobot“父母”和发达的生物部分新的研究。

“这是深刻的,”莱文说。“这些细胞基因组的青蛙,但是,摆脱成为蝌蚪,他们使用他们的集体智慧,可塑性,做一些令人震惊的。”在早期的实验中,科学家们惊讶,Xenobots可以设计实现简单的任务。现在他们震惊,这些生物物体——藉著驱动自发地复制的集合。“我们有完整的,一成不变的青蛙基因组,”莱文说,“但它并没有给出暗示,这些细胞可以一起工作在这个新任务,”收集,然后压缩分离细胞self-copies工作。

“这些都是青蛙细胞复制的方式非常不同于青蛙怎样做。没有动物或植物已知科学以这种方式复制,”山姆Kriegman博士说,这项新研究的主要作者,他完成了他的博士学位在UVM邦加德的实验室,现在是一个簇的博士后研究员艾伦中心和哈佛大学生物工程研究所。

就其本身而言,Xenobot家长,由大约3000细胞,形成一个球体。“这些通常可以使儿童然后系统之后死去了。这非常困难,实际上,让系统继续繁殖,”Kriegman说。但有一个人工智能程序在深绿色的超级计算机集群UVM的佛蒙特州先进的计算核心进化算法能够测试数十亿体型的simulation-triangles,广场,金字塔,海星找到那些允许细胞更有效的复制动态的“运动”在新的研究报道。

“我们要求超级UVM找出如何调整初始的形状的父母,和AI想出一些奇怪的设计经过数月的隆隆声,包括像吃豆人,“Kriegman说。“这是非常不直观。它看起来很简单,但它不是一个人类的工程师会想出。为什么一个小小的嘴?为什么不五个呢?我们发送结果道格和建造这些Pac-Man-shaped父Xenobots。然后父母建造的孩子,那些孙子,谁建的曾孙,埋葬的是那些建造第4级子。“换句话说,正确的设计极大地延长了数代。

运动复制是知名的molecules-but以前从未被观察到在整个细胞或生物体的规模。

“我们发现有这个未知的空间内的生物,或生命系统,这是一个巨大的空间,“邦加德说。“然后,我们如何探索空间呢?我们发现Xenobots走路。我们发现Xenobots游泳。现在,在这项研究中,我们发现Xenobots运动学上地复制。还会有别人打来吗?”

或者,正如科学家写的美国国家科学院院刊》上研究:“生活港口令人惊讶的行为在表面,等着被发现了。”

应对风险

有些人可能觉得这令人振奋的。其他人可能反应问题,甚至恐惧,自我复制生物技术的概念。的科学家团队,我们的目标是深入了解。

“我们正在努力理解这个属性:复制。世界和技术正在迅速改变。对社会是非常重要的,作为一个整体,我们学习和理解这是如何工作的,”邦加德说。这些效果住机器,完全包含在一个实验室,容易熄灭,并审查联邦、州和制度伦理专家,“不让我夜不能寐。什么礼物是下一次大流行风险;加速生态系统破坏污染;加剧气候变化的威胁,”UVM的邦加德说。“这是一个理想的系统,研究自我复制系统。我们有一种道义责任理解的条件我们可以控制它,直接,熄灭它,夸大它。”

邦加德指出COVID流行和寻找疫苗。“我们可以生产解决方案的速度问题。从Xenobots学习,如果我们可以开发技术,我们可以很快告诉AI:“我们需要一个生物学工具,X和Y和Z有抑制作用,”——可能是非常有益的。今天,这需要一个非常长的时间。“团队旨在加快速度的人可以从识别生成解决方案的一个问题——“像部署生活机器把塑料微粒从水路或建立新的药物,”邦加德说。

“我们需要创建技术解决方案,以同样的速度增长我们所面临的挑战,”邦加德说。

和团队将承诺对再生医学研究的进步。“如果我们知道如何告诉细胞集合做我们想要他们做什么,最终,这是再生医学的解创伤性损伤、出生缺陷、癌症、衰老,”莱文说。“所有这些不同的问题,因为我们不知道如何预测和控制组织细胞的构建。Xenobots是教我们的新平台。”

参考:Kriegman年代,Blackiston D,邦加德莱文M, j .在可重构生物运动自我复制。《美国国家科学院刊。2021;118 (49):e2112672118。doi:10.1073 / pnas.2112672118。

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