Спроектированные искусственным интеллектом и собранные вручную ксеноботы — живые машины из эмбриональных клеток лягушки — теперь могут спонтанно воспроизводить самих себя.
Впервые ксеноботов (англ. xenobots) группа американских ученых представила в 2020 году. Для их создания использовали стволовые клетки, полученные из эмбрионов южноафриканской лягушки Xenopus laevis (отсюда и название роботов). Геном лягушки оставался неизменным, но клетки перепрограммировали: в эмбрионе из них получились бы клетки кожи, однако исследователи дали им шанс переосмыслить свое назначение. После инкубации около 3000 клеток соединяли вручную при помощи крошечного пинцета и еще более крошечного электрода. Созданные таким образом ксеноботы могли перемещаться в пространстве, находить заданные цели и восстанавливаться после повреждений.
В новой работе ученые наделили ксеноботов еще одним атрибутом живого, показав, что те могут создавать себе подобных. По сути, это совершенно новый способ размножения: «взрослые» ксеноботы собирают отдельные клетки, удерживая их вместе, а через несколько дней собранные «малыши» превращаются в полномасштабных ксеноботов. Ксеноботы используют так называемую кинематическую саморепликацию — процесс, который раньше наблюдали только на молекулярном уровне.
Чтобы выяснить, какая форма ксеноботов лучше всего подходит для воспроизводства, ученые обратились к искусственному интеллекту. Запущенный на суперкомпьютере эволюционный алгоритм протестировал миллиарды форм тела ксеноботов — треугольники, квадраты, пирамиды, звездочки — и нашел ту, которая обеспечит наиболее эффективную кинематическую саморепликацию. На эту задачу у суперкомпьютера ушло несколько месяцев, в результате он остановился на С-образной форме, напоминающей «Пакмана» из одноименной игры. Затем ученые собрали роботов по предложенной компьютером схеме и показали, что новые ксеноботы могут успешно воспроизводить себя на протяжении нескольких поколений.
Авторы работы считают, что результаты их исследования могут иметь как теоретические, так и практические результаты: с одной стороны, с помощью ксеноботов можно глубже понять сам процесс размножения, а с другой — создавать живые машины для регенеративной медицины, разработки новых лекарств или даже сбора микропластика в воде.
