Нова розробка вчених - живі роботи

Живих роботів, які вміють виробляти потомство, створили вчені із США. Організми на основі ембріональних клітин жаби виявилися здатними збирати з цих клітин свою подобу — раніше такий механізм відтворення спостерігався лише на молекулярному рівні. Дослідники збираються використовувати ксеноботів для багатьох різних завдань, від збору пластику в океані до регенеративної медицини.

У 2020 році американські біологи з Вермонтського, Тафтського та Гарвардського університетів створили ксеноботів — «живих роботів». Для цього вони взяли плюрипотентні стовбурові клітини зі шкіри ембріонів африканської кігтистої жаби (Xenopus laevis) та вирощували їх у сольовому розчині. Клітини зливали у сфероїдний організм, відрощуючи на зовнішньому шарі вії, які допомагали йому пересуватися.

«Більшість людей думають про роботів як про створіння з металу та кераміки, але справа не стільки в тому, з чого зроблений робот, скільки в тому, що він робить – діє самостійно на користь людині, – каже професор інформатики та експерт з робототехніки Джош Бонгард, провідний автор дослідження — У цьому сенсі це робот, але це також організм, створений із генетично немодифікованої клітини жаби».

Тепер ця ж група дослідників з’ясувала, що їхнє творіння здатне розмножуватися. Цей процес вчені описали у статті у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

У ксеноботів немає ні нейронів, ні репродуктивної, травної та інших систем, вони природно розпадаються через два тижні. «Вони точно не виростають у жаб, вони фактично зберігають форму, в якій ми хочемо їх залишити, — розповідає Бонгард. — І вони виглядають і поводяться зовсім не так, як звичайна жаба».

Розмножуються ксеноботи теж не так, як жаби. Тварини та рослини можуть розмножуватися статевим (як за допомогою запліднення, так і одностатевим способом) і безстатевим шляхом, ксеноботи ж вдаються до кінематичної самореплікації, яка раніше не спостерігалася в організмів – лише у молекул. При самореплікації ксеноботи використовують речовини у навколишньому середовищі, щоб створювати свої копії.

Концепція самореплікуючих пристроїв була запропонована ще у ХІХ столітті, але поширення отримала лише у другій половині ХХ століття. У XXI столітті стартували проєкти, присвячені створенню клітин, що самовідтворюються, автоматів, роботів і навіть фабрик, які дозволять колонізувати Місяць і Марс.

«Кінематична самореплікація в молекулах, звісно, була важливою на початку життя Землі. Але ми не знаємо, чи грала ця форма реплікації, яку ми зараз спостерігаємо у групах клітин, якусь роль у зародженні життя», — зазначає Бонгард. Цю властивість ксеноботів вчені відкрили, спостерігаючи за їхньою поведінкою у чашці Петрі, де містилася вода зі ставка та клітини ембріонів жаби. Ксеноботи переміщалися в чашці, стикаючись з іншими клітинами та збираючи їх у купи. Якщо купа виявлялася досить великою — близько 50 клітин, вона утворювала нового ксенобота. «Потомство» повторювало поведінку «предків», але «онуки» вже виявлялися надто слабкі і нездатні відтворюватися.

«Ми виявили, що синтетичні багатоклітинні агрегати також можуть відтворюватися кінематично, переміщуючи та стискаючи дисоційовані клітини у навколишньому середовищі у функціональні самокопії, — пишуть вчені. — Ця форма збереження виду, яка раніше не спостерігалася в жодного організму, виникає спонтанно протягом декількох днів, а не розвивається тисячоліттями».

«Мене це вразило, – зізнається професор біології Майкл Левін, співавтор дослідження. — Жаби мають спосіб розмноження, який вони зазвичай використовують, але якщо звільнити певні клітини від решти ембріона і дати їм зрозуміти, як опинитися в новому середовищі, вони не тільки знаходять новий спосіб пересування, а й, очевидно, новий спосіб розмноження».

Те, що кінематична самореплікація, яка раніше не спостерігалася ні у рослин, ні у тварин, могла виникнути без генетичної модифікації, демонструє, наскільки радикально і швидко біологічні істоти можуть адаптуватися і змінюватися у відповідь на навколишнє середовище, пояснюють дослідники.

Моделювання за допомогою штучного інтелекту показало, що якщо надати ксеноботам певну форму, наприклад, персонажа гри Pac-Man, вони відтворюватимуть її при реплікації. Крім того, ця форма виявилася найвдалішою для подальшої самореплікації — «рот» допомагав ефективніше збирати до купи ембріональні клітини. Також вдалося з’ясувати, що ксеноботи здатні, наприклад, лагодити електричні ланцюги — але поки що цей результат отримано також на основі моделювання, а не реального експерименту.

Вчені розраховують, що ксеноботів вдасться використовувати для різних завдань, від збирання мікропластику у водоймах до медичних втручань – наприклад, у разі, коли необхідно прискорити регенерацію клітин.