Samoreplikujúce sa roboty ako nová forma biologickej reprodukcie

Tieto nové roboty stavajú na výskume z minulého roka, v ktorom vedci z Vermontskej univerzity, Tuftskej univerzity a Harvardovej univerzity vyvinuli živých robotov z buniek zozbieraných zo žaby Xenopus laevis. Tieto roboty boli navrhnuté superpočítačom a zostavené ručne, pričom boli poháňané uloženou embryonálnou energiou, aby mohli plávať v Petriho miskách a vykonávať rôzne úlohy v závislosti od ich konštrukcie, vrátane posúvania materiálu v ich prostredí či dokonca vytvárania kópií z voľných buniek.

„Môžu robiť deti, no potom systém normálne zanikne,“ hovorí Sam Kriegman, hlavný autor štúdie. „V skutočnosti je veľmi ťažké prinútiť systém, aby sa ďalej reprodukoval.“

Aby mohli Xenoboty získať takéto schopnosti, vedci sa opäť obrátili na evolučný algoritmus založený na superpočítači, aby otestovali miliardy rôznych potenciálnych tvarov tela. Patrili medzi ne trojuholníky, štvorce, pyramídy a hviezdice, pričom cieľom bolo dosiahnuť ustálený dizajn, ktorý by umožnil Xenobotovi vykonávať to, čo výskumníci nazývajú ako „kinematická replikácia založená na pohybe“.

Tento jav bol pozorovaný na molekulárnej úrovni, kde sa molekuly budú replikovať pohybom smerom k iným stavebným blokom a ich kombinovaním, aby vytvorili svoje kópie. Toto nebolo nikdy predtým pozorované v celých bunkách alebo organizmoch, ale dizajn zo superpočítača nakoniec viedol ku Xenobotovi, ktorý je schopný to urobiť.

„Požiadali sme superpočítač vo Vermontskej univerzite, aby prišiel na to, ako upraviť tvar pôvodných rodičov, a umelá inteligencia poskytla niekoľko zvláštnych návrhov, vrátane jedného, ktorý sa podobal na herného Pac-Mana,“ hovorí Kriegman. „Je to veľmi neintuitívne. Vyzerá to veľmi jednoducho, ale nie je to niečo, s čím by prišiel ľudský inžinier. Prečo to má jedny malé ústa? Prečo nie päť? Výsledky sme poslali Dougovi (spoluautor štúdie Douglas Blackiston) a on postavil týchto rodičovských Xenobotov v tvare Pac-Mana. Potom títo rodičia postavili deti, ktoré postavili vnúčatá, ktoré postavili pravnúčatá, ktorí postavili pra-pravnúčatá.“

Tieto Xenoboty v tvare Pac-Mana plávajú v miske, zhromažďujú stovky jednotlivých buniek a v ústach zostavujú „bábätká“. Z nich sa behom niekoľkých dní vyvinú Xenoboty, ktoré vyzerajú a pohybujú sa rovnako ako ich rodičovský robot. Títo noví Xenoboti potom môžu robiť to isté a znova a znova vytvárať svoje kópie.

„Tieto bunky majú genóm žaby, ale bez toho, aby sa stali pulcami, využívajú svoju kolektívnu inteligenciu, plasticitu, aby urobili niečo ohromujúce,“ hovorí autor štúdie Michael Levin.

Vedci poznamenávajú, že nie je známe, že by sa týmto spôsobom rozmnožovalo akékoľvek zviera alebo akákoľvek rastlina, a považujú novú generáciu Xenobotov za ideálny prostriedok na štúdium samoreprodukujúcich sa systémov. Zatiaľ čo myšlienka samoreprodukujúcich sa robotov môže u niektorých vyvolávať obavy, tím upozorňuje na kontrolované prostredie, v ktorom prebiehajú jeho experimenty, a na jednoduchosť, s akou ich možno zlikvidovať.

Vedci dúfajú, že tieto typy replikujúcich sa robotov pomôžu ľudstvu rýchlejšie vyriešiť zložité problémy. To by mohlo napríklad znamenať vývoj strojov na čistenie mikroplastov z vodných tokov, vývoj vakcín proti novým vírusom alebo liekov na všetky druhy chorôb.

„Ak by sme vedeli, ako povedať kolekciám buniek, aby robili to, čo sme od nich chceli, v konečnom dôsledku by to bola regeneratívna medicína – to je riešenie traumatického poranenia, vrodených chýb, rakoviny a starnutia,“ hovorí Levin. „Všetky tieto rôzne problémy sú tu, pretože nevieme, ako predpovedať a kontrolovať, aké skupiny buniek sa vytvoria. Xenoboty sú novou platformou, ktorá nás to naučí.“

Výskum bol publikovaný v magazíne Proceedings of the National Academy of Sciences.