Xenobots: Tým vermontské univerzity staví první živé roboty, kteří se mohou reprodukovat

Vydáno 8.12.2021 Umělý životVěda

Během miliardy let se organismy vyvinuly mnoha způsoby replikace. Od pučení, pohlavní styk až po invazní viry. Nyní vědci objevili zcela novou formu biologické reprodukce a svůj objev použili k vytvoření vůbec prvních, sebereplikujících se živých robotů.

Stejný tým z Vermontské univerzity, který postavil první živé roboty „Xenoboty“ sestavené z žabích buněk, zjistil, že tyto počítačem navržené a ručně sestavené organismy mohou plavat do své malé misky, kde mohou najít jednotlivé buňky, které shromáždí dohromady a sestaví tak „dětské“ xenoboty které „pohltí jejich ústa“ ve tvaru Pac-Mana – z nichž se o několik dní později stanou noví xenoboti, kteří vypadají a pohybují se stejně jako oni. Tito noví Xenoboti pak mohou vyrazit, najít buňky a vytvořit své kopie. Znovu a znovu.

„Se správným designem se budou spontánně replikovat,“ tvrdí Joshua Bongard, počítačový vědec a odborník na robotiku z Vermontaké univerzity, který spoluvedl nový výzkum. „U žáby Xenopus laevis by se tyto embryonální buňky vyvinuly v kůži. Seděli by na vnější straně pulce, drželi by mimo patogeny a redistribuovali hlen,“ říká Michael Levin, profesor biologie a ředitel Allen Discovery Center na Univerzitě Tufts a spoluvedoucí nového výzkumu. „My je dáváme do nového kontextu. Dáváme jim šanci znovu si představit svou mnohobuněčnost.“

„Lidé si poměrně dlouho mysleli, že jsme přišli na všechny způsoby, jak se život může reprodukovat nebo replikovat. Ale tohle je něco, co nikdy předtím nebylo pozorováno,“ říká spoluautor Douglas Blackiston, hlavní vědec z Tufts univerzity, který sestavil „rodiče“ Xenobotů a vyvinul biologickou část nové studie.

„Tyto buňky mají genom žáby, ale jsou zbaveny toho, aby se z nich staly pulce, využívají svou kolektivní inteligenci , plasticitu, k něčemu ohromujícímu.“ V dřívějších experimentech byli vědci ohromeni tím, že Xenoboty mohou být navrženy tak, aby dosahovaly jednoduchých úkolů. Nyní jsou ohromeni tím, že se tyto biologické objekty – počítačově navržená sbírka buněk – spontánně replikují. „Máme úplný, nezměněný genom žáby, ale nenaznačilo to, že tyto buňky mohou spolupracovat na tomto novém úkolu shromažďování a poté komprimování oddělených buněk do funkčních vlastních kopií.“ říká Levin.

„Jsou to žabí buňky replikující se způsobem, který je velmi odlišný od toho, jak to dělají žáby. Žádné zvíře ani rostlina známá vědě se tímto způsobem nereplikuje,“ říká Sam Kriegman, hlavní autor nové studie, který dokončil svůj Ph.D. v Bongardově laboratoři na UVM a nyní je postdoktorským výzkumným pracovníkem v Tuft’s Allen Center a Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Harvardské univerzitě.

Sám o sobě tvoří rodič Xenobot, tvořený asi 3000 buňkami, kouli. Ty mohou dělat děti, ale poté systém vymře. S programem umělé inteligence pracujícím na superpočítačovém clusteru Deep Green v UVM’s Vermont Advanced Computing Core byl evoluční algoritmus schopen testovat miliardy tvarů těla v simulaci – trojúhelníky, čtverce, pyramidy, hvězdice – a najít takové, které buňkám umožňují být efektivnější u pohybově založené „kinematické“ replikace uváděné v novém výzkumu.

„Superpočítač v UVM, přišel na to, jak upravit tvar původních rodičů a umělá inteligence přišla s několika podivnými návrhy po měsících vytahování, včetně jednoho, který se podobal Pac-Manovi. Je to velmi neintuitivní. Vypadá to jednoduše, ale není to něco, s čím by přišel lidský inženýr. Proč jedna malá ústa? Proč ne pět? Výsledky jsme poslali Dougovi a on postavil tyto mateřské Xenoboty ve tvaru Pac-Mana. Pak ti rodiče postavili děti, kteří postavili vnoučata, kteří postavili pravnoučata, kteří postavili prapravnoučata,“ říká Kriegman. Jinými slovy, správný design značně prodloužil počet generací.

Kinematická replikace je dobře známá na úrovni molekul – ale nikdy předtím nebyla pozorována na úrovni celých buněk nebo organismů.

„Zjistili jsme, že v organismech nebo živých systémech existuje tento dříve neznámý prostor a je to obrovský prostor, “ říká Bongard, profesor na Vysoké škole inženýrství a matematických věd UVM. Ten si také pokládá otázky jak potom prozkoumáme ten prostor? Našli jsme xenoboty, kteří chodí. Našli jsme xenoboty, kteří plavou. A nyní, v této studii, jsme našli xenoboty, kteří se kinematicky replikují. Co dalšího tam je?

Reakce na riziko

Někomu to může připadat vzrušující. Jiní mohou na představu sebereplikující biotechnologie reagovat se znepokojením nebo dokonce hrůzou. Pro tým vědců je cílem hlubší porozumění. „Svět a technologie se rychle mění. Pro společnost jako celek je důležité, abychom studovali a pochopili, jak to funguje,“ říká Bongard. „Tyto milimetrové živé stroje, zcela uzavřené v laboratoři, snadno uhasitelné a prověřené federálními, státními a institucionálními experty na etiku nejsou tím, co mi v noci nedá spát. Riziko představuje další pandemie; urychlení poškození ekosystému znečištěním zintenzivnění hrozeb vyplývajících ze změny klimatu. Toto je ideální systém pro studium sebereplikujících se systémů. Máme morální imperativ porozumět podmínkám, za kterých jej můžeme ovládat, řídit, hasit, zveličovat,“ říká Bongard z UVM.

Bongard poukazuje na epidemii COVID a hledání vakcíny. „Hluboce záleží na rychlosti, s jakou dokážeme produkovat řešení. Pokud dokážeme vyvinout technologie, učit se od Xenobotů, kde můžeme umělé inteligenci rychle říct: „Potřebujeme biologický nástroj, který dělá X a Y a potlačuje Z“ — to by mohlo být velmi prospěšné, protože dnes to trvá nesmírně dlouho. „Musíme vytvářet technologická řešení, která rostou stejným tempem jako výzvy, kterým čelíme,“ říká Bongard.

A tým vidí ve výzkumu příslib pokroku směrem k regenerativní medicíně. „Kdybychom věděli, jak říct sbírkám buněk, aby dělaly to, co jsme po nich chtěli, nakonec by to byla regenerativní medicína – to je řešení traumatického poranění, vrozených vad, rakoviny a stárnutí,“ říká Levin. „Všechny tyto různé problémy jsou tady, protože nevíme, jak předvídat a kontrolovat, jaké skupiny buněk se vybudují. Xenoboti jsou novou platformou, jak nás učit.“

Výsledky nového výzkumu byly zveřejněny 29. listopadu 2021 v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

Zdroj: TechXplore

 

 

Zadejte e-mailovou adresu

a nic ze Světa průmyslu vám už neunikne!

Vaše osobní údaje budeme zpracovávat pouze za účelem zasílání newsletterů, a to v souladu s platnou legislativou a zásadami ochrany osobních údajů. Svůj souhlas se zasíláním a zpracováním osobních údajů můžete kdykoli odvolat prostřednictvím odhlašovacího odkazu v každé kampani.

Rozhovory

Deset let prototypování automatizační firmy budoucnosti

Deset let prototypování automatizační firmy budoucnosti

Vydáno 15.12.2021

ICE Industrial Services letos slaví desetileté výročí své existence. Firma projekty realizuje ve třiceti zemích světa a spolupracuje s globálními společnostmi. Nyní přináší automatizaci i do stavebnictví.  „Lidé nejsou stroje a automatizace je jediná cesta, jak je přestat ničit těžkou prací,“ říká zakladatel a ředitel žďárské společnosti Tomáš Vránek.  Vy jste poměrně mladý člověk, který […]

Ekologická varianta zámkové dlažby

Ekologická varianta zámkové dlažby

Vydáno 15.12.2021

Společnost Semmelrock Stein + Design dlažby s.r.o. nabízí svým zákazníkům volnost a prostor ve své realizaci. V letošním roce se integrovala do společnosti Wienerberger a představila novinku ekologické zámkové dlažby. Zeptali jsme se Petra Magdy, jednatele společnosti. Vy nabízíte široké spektrum produktů. Můžete je představit? Okolí našich domovů je v dnešní době vnímáno mnohem více jako […]

Tisk 3D plastů dobývá průmysl

Tisk 3D plastů dobývá průmysl

Vydáno 16.11.2021

Plastový 3D tisk patří mezi ty technologie Průmyslu 4.0, kterým se v minulosti nedostávalo tolik pozornosti. V současné době však prudce dohání tempo a nachází své nezastupitelné místo v průmyslu. Tuto pozici si nevydobyl náhodou – dokazují to i příklady jeho využití z výroby ŠKODA AUTO. Jaké je hlavní využití 3D tisku plastů ve výrobních podnicích? Kam směřuje jeho […]

Magnety jsou pojítkem, prodáváme efektivitu

Magnety jsou pojítkem, prodáváme efektivitu

Vydáno 8.11.2021

Společnost WALMAG MAGNETICS s.r.o. bude letos slavit, a to hned dvakrát. ,,Finanční rok sice skončil, ale už teď máme zásoby objednávek na rekordních číslech a stále přibývají. Budeme tedy pokračovat v tom, co děláme,” říká Filip Šejba, spolumajitel společnosti.  Můžete nám představit vaše produkty, případně o které je v současnosti největší zájem? Již více než 30 […]

Zobrazit Více