Peter Tucker
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Was passiert, wenn Sie Zellen aus Froschembryonen entnehmen und sie zu neuen Organismen züchten, die durch Algorithmen "entwickelt" wurden? Sie erhalten etwas, das Forscher die weltweit erste "lebende Maschine" nennen.
Obwohl die ursprünglichen Stammzellen von Fröschen stammten - dem afrikanischen Krallenfrosch, Xenopus laevis - Diese sogenannten Xenobots ähneln keinen bekannten Amphibien. Die winzigen Blobs sind nur 1 Millimeter breit und bestehen aus lebendem Gewebe, das Biologen laut einer neuen Studie zu Körpern zusammengesetzt haben, die von Computermodellen entworfen wurden.
Diese mobilen Organismen können sich unabhängig und gemeinsam bewegen, Wunden selbst heilen und wochenlang überleben und möglicherweise zum Transport von Medikamenten im Körper eines Patienten verwendet werden, berichteten Wissenschaftler kürzlich.
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"Sie sind weder ein traditioneller Roboter noch eine bekannte Tierart", sagte der Co-Autor der Studie, Joshua Bongard, Informatiker und Robotik-Experte an der Universität von Vermont, in einer Erklärung. "Es ist eine neue Klasse von Artefakten: ein lebender, programmierbarer Organismus."
Algorithmen prägten die Entwicklung der Xenobots. Sie wuchsen von Haut- und Herzstammzellen zu Gewebeklumpen von mehreren hundert Zellen, die sich in Impulsen bewegten, die vom Herzmuskelgewebe erzeugt wurden, sagte der leitende Studienautor Sam Kriegman, ein Doktorand, der evolutionäre Robotik am Institut für Informatik der Universität von Vermont in Burlington studierte.
"Es gibt keine externe Steuerung über eine Fernbedienung oder Bioelektrizität. Dies ist ein autonomer Agent - es ist fast wie ein Aufziehspielzeug", sagte Kriegman .
Biologen fütterten die autonomen Xenobots mit Computerbeschränkungen, wie zum Beispiel der maximalen Muskelkraft ihres Gewebes und wie sie sich durch eine wässrige Umgebung bewegen könnten. Dann erzeugte der Algorithmus Generationen der winzigen Organismen. Die Bots mit der besten Leistung würden sich innerhalb des Algorithmus "reproduzieren". Und genau wie die Evolution in der natürlichen Welt funktioniert, würden die am wenigsten erfolgreichen Formen vom Computerprogramm gelöscht.
"Schließlich konnten wir Entwürfe erhalten, die tatsächlich auf echte Zellen übertragbar waren. Das war ein Durchbruch", sagte Kriegman.
Die Autoren der Studie erweckten diese Entwürfe zum Leben und setzten Stammzellen zusammen, um selbstversorgende 3D-Formen zu bilden, die vom Evolutionsalgorithmus entworfen wurden. Hautzellen hielten die Xenobots zusammen, und das Schlagen von Herzgewebe in bestimmten Teilen ihres "Körpers" trieb die Bots laut der Studie tagelang und sogar wochenlang in einer Petrischale durch Wasser, ohne zusätzliche Nährstoffe zu benötigen . Die Bots konnten sogar erheblichen Schaden reparieren, sagte Kriegman.
"Wir haben den lebenden Roboter fast halbiert und seine Zellen haben seinen Körper automatisch wieder mit einem Reißverschluss versehen", sagte er.
"Wir können uns viele nützliche Anwendungen dieser lebenden Roboter vorstellen, die andere Maschinen nicht können", sagte Studienkoautor Michael Levin, Direktor des Zentrums für Regenerative und Entwicklungsbiologie an der Tufts University in Massachusetts. Dazu könnten gezielte toxische Verschmutzungen oder radioaktive Kontaminationen, das Sammeln von Mikroplastik im Meer oder sogar das Ausheben von Plaque aus menschlichen Arterien gehören, sagte Levin in einer Erklärung.
Kreationen, die die Grenze zwischen Robotern und lebenden Organismen verwischen, sind beliebte Themen in der Science-Fiction. Denken Sie an die Killermaschinen in den "Terminator" -Filmen oder an die Replikanten aus der Welt von "Blade Runner". Die Aussicht auf sogenannte lebende Roboter - und die Verwendung von Technologie zur Schaffung lebender Organismen - gibt verständlicherweise Anlass zur Sorge für einige, sagte Levin.
"Diese Angst ist nicht unvernünftig", sagte Levin. "Wenn wir anfangen, mit komplexen Systemen herumzuspielen, die wir nicht verstehen, werden wir unbeabsichtigte Konsequenzen haben."
Der Aufbau auf einfachen organischen Formen wie den Xenobots könne jedoch auch zu nützlichen Entdeckungen führen, fügte er hinzu.
"Wenn die Menschheit in der Zukunft überleben will, müssen wir besser verstehen, wie komplexe Eigenschaften irgendwie aus einfachen Regeln hervorgehen", sagte Levin.
Die Ergebnisse wurden online am 13. Januar in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht.
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