Так называемые «ксеноботы» могли бы заменить традиционных металлических или пластиковых роботов, не загрязняя планету, но они вызывают ряд этических вопросов.
Это ксеноботы, «живые машины», содержащие стволовые клетки лягушек в новой конфигурации, разработанной компьютерным алгоритмом.
Автор фото: (Kriegman et al., PNAS, 2020).
В лаборатории Майкл Левин в Университете Тафтса клетки могут рассчитывать оказаться в необычной компании.
Живые машины, Франкенштейны современности
Здесь предшественники лягушачьей кожи приближаются к клеткам, которые в другой жизни могли бы помочь сердцебиению земноводных. Они совершенно незнакомцы: биологические объекты, которые до этого момента не имели деловых отношений. Тем не менее, Левин и его коллеги обнаружили, что клетки кожи и клетки сердца могут сливаться. Бок о бок они самоорганизуются в сложные трехмерные мозаики из клеток лягушек, которые не являются лягушками.
Созданные с помощью компьютерного алгоритма и хирургически смоделированные руками человека, эти живые роботы - гибриды сердце-кожа размером с песчинку - не похожи ни на что в природе.
Но задачи, которые они выполняют, до странности знакомы: без какого-либо внешнего воздействия они могут перемещаться по чашкам Петри, толкать микроскопические объекты вперед и назад и даже «приспосабливаться» после того, как их разрезают.
Левин (тоже справедливо) определяет эти группы клеток как «новые формы жизни»: они не являются ни организмами, ни машинами, а, возможно, где-то посередине.
Назван «ксеноботом» в честь Xenopus laevis, африканские лягушки, от которых произошли их клетки, обладают огромным потенциалом для раскрытия правил, управляющих сборкой строительных блоков жизни.
Благодаря множеству дополнительных настроек, технология ксеноботов однажды может быть использована для доставки лекарств по всему телу, сбора загрязняющих веществ в окружающей среде и многого другого. Левин и его коллеги пишут об этом сегодня в журнале. Известия Национальной академии наук, В отличие от традиционных роботов, живые самовосстанавливающиеся ксеноботы будущего теоретически могут совершать эти подвиги, не загрязняя планету, и восстанавливать себя в случае повреждения.
Поскольку пластмассы и другие трудноразлагаемые полимеры продолжают накапливаться в окружающей среде, "невероятно инновационный подход" автор: xenobots «это может быть очень важно для устойчивости»он говорит Тара Динс, инженер-биомедик и биолог-синтетик из Университета Юты.
Но ксеноботы также поднимают ряд этических вопросов.
Возможно, это звучит немного апокалиптично, но если что-то пойдет не так, людям может понадобиться защита от этих и других искусственных форм жизни. «Когда вы создаете жизнь, вы не представляете, в каком направлении она пойдет», говорит Нита Фараханы, который изучает этические последствия новых технологий в Университете Дьюка. «Всякий раз, когда мы пытаемся эксплуатировать жизнь, — говорит он, — мы должны осознавать, что это может плохо кончиться».
За последние несколько десятилетий человечество добилось невероятного прогресса в робототехнике. Теперь машины могут осваивать сложные настольные игры и перемещаться по труднопроходимой местности; они могут вести себя как автономные транспортные средства и искать выживших в катастрофе. Но даже в своих самых творческих конфигурациях металлы и пластмассы просто не могут соответствовать клеткам.
Биологические системы: намного более совершенные, чем механические роботы
«Биологические системы — предмет зависти робототехники»он говорит Молния. «Они адаптируются, гибки, они восстанавливают себя. В мире нет роботов, которые действительно могут это делать».
Вот почему Левин и его коллеги решили сделать один. Вместе со специалистами по робототехнике Сэм Кригман e Джош Бонгард из Университета Вермонта попросил компьютерный алгоритм спроектировать серию живых машин, используя кожу лягушки и клетки сердца в качестве сырья. Алгоритм был обучен для оптимизации каждого ксенобота для различных основных функций, таких как перемещение вперед и назад или манипулирование объектами.
После тестирования различных конфигураций алгоритм выбирает цифровые проекты, которые он считает наиболее подходящими для поставленной задачи. Затем исследователи пытаются воссоздать эти конструкции в лаборатории Левина.
Автор фото: (Kriegman et al., PNAS, 2020)
«Клеткам нравится быть вместе»
Даже после того, как их соскребают с эмбрионов лягушки и разбивают о диск, заполненный жидкостью, клетки кожи и сердца будут стремиться объединиться. «Клеткам нравится быть вместе»говорит Левин. Он микрохирург, который взял новорожденных живых роботов и вырезал им формы, заданные компьютером.
Все ингредиенты ксеноботов взяты из настоящей лягушки, но в окончательных формах, которые они приняли, нет ничего амфибийного. Некоторые превратились в разрозненные формы. другие приняли форму полых призматических структур. У роботов не было конечностей, скелетов и нервной системы. Но они легко справлялись с поставленными задачами.
Не имея рта и пищеварительной системы, они питаются исключительно кусочками эмбрионального желтка, которыми их «взбили». Вот почему они умирают примерно через неделю, когда культуральная жидкость высыхает, говорит Бонгард. Но он и его коллеги считают, что когда-нибудь роботов можно будет использовать для доставки лекарств в организм человека или для удаления бляшек с артерий. Выпущенные в окружающую среду, они могли бы отслеживать токсины или уничтожать микропластик в океанах.
Команда уже экспериментирует с разными типами ячеек для разных типов функций. По словам Левина, ксеноботы также могут создавать новые версии самих себя, объединяя отдельные ячейки, пока они не начнут сливаться. Также они устойчивы: сломанные роботы просто залечивают свои раны и продолжают.
А теперь неизбежные проблемы и некоторые этические сомнения
Эта технология может принести много пользы, но также важно учитывать потенциальные риски. Так же сказано Сьюзан Андерсон, философ и эксперт по машинной этике в Университете Коннектикута. В чужих руках сила ксеноботов может быть легко использована в качестве биологического оружия. Он будет переносить в тела людей яды, а не лекарства.
Люди уже имеют возился с рецептами жизни, В последние годы биоинженеры перепрограммировали клетки для производства жизненно важных лекарств, разделения геномов до их низшего состояния и гибридизации животных с другими животными (или человеческими клетками).
Но многоклеточные формы жизни, синтезированные с нуля, все еще редки. Также потому, что большая часть биологического развития остается загадкой, Например, исследователи до сих пор не уверены в том, как проявляются ткани, органы и придатки.
Изучение ксеноботов, безусловно, может помочь взломать код разработки. Но чтобы добраться туда, ученым сначала придется провести эксперимент. Освоение приемов и технологий, в которых они не до конца разбираются. Начиная с алгоритма машинного обучения, который проектирует эти формы жизни.
Бонгард и его коллеги признают тонкость своей работы. «этическая проблема, связанная с этим вопросом, нетривиальна»говорит ученый. Хотя исследователи еще не пригласили специалистов по биоэтике для просмотра своих исследований, «Это то, что нам придется сделать. Это полезно в рамках обсуждения того, что делать с этой технологией».он добавляет. Однако сначала «мы просто хотели показать, что это возможно».
