Xenobots werden aus den Stammzellen des afrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis), von dem er seinen Namen hat, gebildet und sind weniger als einen Millimeter breit. Die winzigen Kleckse wurden erstmals im Jahr 2020 enthüllt, nachdem Experimente gezeigt hatten, dass sie sich bewegen, in Gruppen zusammenarbeiten und sich selbst heilen können.
Jetzt sagten die Wissenschaftler, die sie an der University of Vermont, der Tufts University und dem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University entwickelt haben, eine völlig neue Form der biologischen Reproduktion entdeckt zu haben, die sich von allen der Wissenschaft bekannten Tieren oder Pflanzen unterscheidet.
“Ich war erstaunt darüber”, sagte Michael Levin, Professor für Biologie und Direktor des Allen Discovery Center an der Tufts University, der Co-Leitautor der neuen Forschung war.
“Frösche haben eine Art der Fortpflanzung, die sie normalerweise verwenden, aber wenn Sie … einen neuen Weg, sich zu bewegen, aber sie finden anscheinend auch einen neuen Weg, sich zu reproduzieren.”
Roboter oder Organismus?
Stammzellen sind unspezialisierte Zellen, die die Fähigkeit besitzen, sich zu verschiedenen Zelltypen zu entwickeln. Um die Xenobots herzustellen, kratzten die Forscher lebende Stammzellen aus Froschembryonen und ließen sie inkubieren. Es gibt keine Manipulation von Genen.
“Die meisten Leute denken, dass Roboter aus Metall und Keramik bestehen, aber es geht nicht so sehr darum, woraus ein Roboter besteht, sondern was er tut, nämlich im Namen der Menschen zu handeln.” sagte Josh Bongard, ein Informatikprofessor und Robotikexperte an der University of Vermont und Hauptautor der Studie.
“Insofern ist es ein Roboter, aber es ist auch eindeutig ein Organismus aus genetisch unveränderten Froschzellen.”
Bongard sagte, sie hätten herausgefunden, dass sich die Xenobots, die ursprünglich kugelförmig waren und aus etwa 3.000 Zellen bestanden, replizieren konnten. Aber es geschah selten und nur unter bestimmten Umständen. Die Xenobots verwendeten “kinetische Replikation” – ein Prozess, der bekanntermaßen auf molekularer Ebene abläuft, aber noch nie zuvor auf der Ebene ganzer Zellen oder Organismen beobachtet wurde, sagte Bongard.
Mithilfe künstlicher Intelligenz testeten die Forscher dann Milliarden von Körperformen, um die Xenobots bei dieser Art der Nachbildung effektiver zu machen. Der Supercomputer entwickelte eine C-Form, die Pac-Man, dem Videospiel der 1980er Jahre, ähnelte. Sie fanden heraus, dass es in der Lage war, winzige Stammzellen in einer Petrischale zu finden, Hunderte von ihnen in seinem Mund zu sammeln, und einige Tage später wurden aus dem Zellbündel neue Xenobots.
„Die KI hat diese Maschinen nicht so programmiert, wie wir normalerweise über das Schreiben von Code denken. Sie hat diese Form des Pac-Man geformt und geformt“, sagte Bongard.
„Die Form ist im Wesentlichen das Programm. Die Form beeinflusst das Verhalten der Xenobots, um diesen unglaublich überraschenden Prozess zu verstärken.“
Die Xenobots sind eine sehr frühe Technologie – denken Sie an einen Computer aus den 1940er Jahren – und haben noch keine praktischen Anwendungen. Diese Kombination aus Molekularbiologie und künstlicher Intelligenz könnte jedoch potenziell für eine Vielzahl von Aufgaben im Körper und in der Umwelt genutzt werden, so die Forscher. Dazu können Dinge wie das Sammeln von Mikroplastik in den Ozeanen, die Untersuchung von Wurzelsystemen und die regenerative Medizin gehören.
Während die Aussicht auf eine sich selbst replizierende Biotechnologie Anlass zur Sorge geben könnte, sagten die Forscher, dass die lebenden Maschinen vollständig in einem Labor enthalten und leicht zu löschen seien, da sie biologisch abbaubar sind und von Ethikexperten reguliert werden.
Die Forschung wurde teilweise von der Defense Advanced Research Projects Agency finanziert, einer Bundesbehörde, die die Entwicklung von Technologien für militärische Zwecke überwacht.
“Es gibt viele Dinge, die möglich sind, wenn wir diese Art von Plastizität und Fähigkeit von Zellen nutzen, um Probleme zu lösen”, sagte Bongard.
Die Studie wurde am Montag in der von Experten begutachteten Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.