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2021 年 11/29，《美國國家科學院院刊》（PNAS）刊發最新研究：一支聯合科研團隊發現了一種全新的生物繁殖形式，並應用它創建有史以來首個可自我繁殖的活體機器人—— Xenobots 3.0 。
該團隊由來自佛蒙特大學、塔夫茨大學和哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所的科學家組成。
2020 年問世的第一款活體機器人 Xenobots 1.0 也出自該團隊——他們在超級電腦上完成設計，接著用非洲爪蟾早期胚胎裡的皮膚細胞和心臟細胞（500～1000 個）組裝成全新的生命形式，也就是 Xenobots。
而如今的 Xenobots 3.0 所新增的技能點在於 “ 自體複製副本 ”：
它們來到充滿單個細胞的培養皿中，然後自主尋找細胞並將其成百上千地聚集起來，組裝成機器人；過幾天，它們會變成外觀和動作都與創建了自己的親本一致的副本，接著外出建立自己的副本……
非洲爪蟾的這些胚胎細胞原本是會發育成皮膚的，但正如項目負責人之一、塔夫茨大學生物學教授邁克爾．萊文（Michael Levin）博士所介紹的：“ 它們擋在蝌蚪的外面，阻止病原體並重新分配黏液。而我們選擇將它們置於一個新的環境中，令其有機會重新利用自己的多細胞性。”
萊文等人的目標遠非簡單的胚胎細胞發育成皮膚，用另外兩位共同作者道格拉斯．布萊克斯頓（Douglas Blackiston）和山姆．克里格曼（Sam Kriegman）博士的話說：“ 長期以來，人類一直以為自己已經找到了生命的繁殖或複製的全部方式，但這些青蛙細胞的複製方式與以往大不相同。科學上已知的任何動植物細胞都不會以此種方式複製。”
▲ 道格拉斯．布萊克斯頓和山姆．克里格曼設計的（C形）生物體在環境中行動時將零散的幹細胞（白色）推攏成堆
由大約 3,000 個細胞組成的 Xenobot 本尊形成了一個球體。“ 母本可以 ‘ 生孩子 ’，不過之後系統往往會消亡。實際上，要讓系統繼續複製是非常困難的。” 但研究團隊透過在 DeepGreen 超級電腦集群上運作 AI 程式，成功利用進化算法在模擬中對數十億種形狀進行了測試——三角形、正方形、金字塔形、海星形——讓細胞在複製中的效率更高。
“ 我們借助超級電腦搞清楚了如何調整最初親本的形狀。經過幾個月的努力，AI 想出了些奇特的設計，包括一個類似於 ‘ 吃豆人 ’ 的設計。這其實是一種非常反直覺的設計，看起來很簡單，但人類工程師想不出來。比如 ‘ 吃豆人 ’ 為什麼只有一張而不是五張嘴巴？”
當 “ 吃豆人 ” 形狀的機器人親本在周圍環境中行動時，它們會用 “ 嘴巴 ” 收集零散的幹細胞。隨著時間的推移，這些幹細胞會聚集在一起，形成子代的（或者說副本）機器人。子代會發育得和親代看起來一樣。
不過雖然形狀怪異，但效果極佳。經測試，“ 吃豆人 ” 顯著延長了 Xenobot 系統的壽命。
▲ AI 設計的 “ 母體 ” 生物體（C形；紅色）；左邊是被壓縮成球狀的幹細胞（“ 後代 ” 綠色）
從分子水平上看，這種 “ 吃豆人 ” 式的運動複製相當常見——但我們過去從未在整個細胞或生物體的規模上觀察到此類複製。研究者這樣寫：“ 生命表象之下隱藏著令人驚訝的行為，這些正等待被發現。”
研究團隊從這項新成果中看到了推動再生醫學發展的希望：
“ 如果我們知道如何告知細胞去做我們想讓它們做的事情，那最終就可得到針對創傷性損傷、先天缺陷、癌癥和衰老的解決方案。而所有再生醫學的問題之所以成為問題，原因就在於我們不知道如何預測和控制想要構建的細胞群。現在，Xenobots 相當於提供了一個新的探索平台。”
資料來源：Team builds first living robots—that can reproduce
《虎嗅網》授權轉載
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