Wissenschaftler aus den USA haben lebende Roboter geschaffen, die Nachkommen zeugen können. Es stellte sich heraus, dass Organismen, die auf embryonalen Froschzellen basieren, in der Lage sind, ihr Abbild von diesen Zellen zu sammeln – zuvor wurde ein solcher Reproduktionsmechanismus nur auf molekularer Ebene beobachtet. Forscher werden Xenobots für viele verschiedene Aufgaben einsetzen, vom Sammeln von Plastik im Ozean bis hin zur regenerativen Medizin.
Im Jahr 2020 schufen amerikanische Biologen der Universitäten Vermont, Taft und Harvard Xenobots – „lebende Roboter“. Dazu entnahmen sie pluripotente Stammzellen aus der Haut von Embryonen des afrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis) und züchteten sie in einer Kochsalzlösung. Die Zellen verschmolzen zu einem kugelförmigen Organismus, wobei auf der äußeren Schicht Flimmerhärchen wuchsen, die ihm halfen, sich zu bewegen.
„Die meisten Menschen denken bei Robotern an Geschöpfe aus Metall und Keramik, aber es kommt nicht so sehr darauf an, woraus der Roboter besteht, sondern auf das, was er tut – unabhängig handeln zum Wohle eines Menschen“, sagt Informatikprofessor und Robotikexperte Josh Bongard . , Hauptautor der Studie – In diesem Sinne ist es ein Roboter, aber es ist auch ein Organismus, der aus einer nicht gentechnisch veränderten Froschzelle geschaffen wurde.“
Jetzt hat dieselbe Forschergruppe herausgefunden, dass ihre Schöpfung reproduktionsfähig ist. Wissenschaftler beschrieben diesen Prozess in einem Artikel in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Scienceces.
Xenobots haben keine Neuronen, keine Fortpflanzungs-, Verdauungs- und andere Systeme, sie zerfallen auf natürliche Weise nach zwei Wochen. "Sie wachsen definitiv nicht zu Fröschen heran, sie behalten tatsächlich die Form, in der wir sie haben wollen", sagt Bongard. "Und sie sehen und verhalten sich überhaupt nicht wie ein gewöhnlicher Frosch."
Xenobots vermehren sich auch nicht wie Frösche. Tiere und Pflanzen können sich sexuell (sowohl durch Befruchtung als auch asexuell) und asexuell vermehren, während Xenobots auf kinematische Selbstreplikation zurückgreifen, die bisher bei Organismen nicht beobachtet wurde – nur bei Molekülen. Bei der Selbstreplikation verwenden Xenobots Substanzen in der Umgebung, um Kopien von sich selbst zu erstellen.
Das Konzept selbstreplizierender Geräte wurde bereits im XNUMX. Jahrhundert vorgeschlagen, verbreitete sich aber erst in der zweiten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts. Im XNUMX. Jahrhundert wurden Projekte gestartet, die sich der Schaffung von selbstreproduzierenden Zellen, Automaten, Robotern und sogar Fabriken widmeten, die die Besiedlung von Mond und Mars ermöglichen würden.
„Kinematische Selbstreplikation in Molekülen war natürlich schon früh im Leben der Erde wichtig. Aber wir wissen nicht, ob diese Form der Replikation, die wir jetzt in Zellverbänden beobachten, bei der Entstehung des Lebens eine Rolle gespielt hat“, sagt Bongard. Wissenschaftler entdeckten diese Eigenschaft von Xenobots, indem sie ihr Verhalten in einer Petrischale beobachteten, die Wasser aus einem Teich und Zellen von Froschembryos enthielt. Die Xenobots bewegten sich in der Tasse herum, kollidierten mit anderen Zellen und sammelten sie zu Haufen. Wenn der Stapel groß genug war – etwa 50 Zellen –, bildete er einen neuen Xenobot. Die „Nachkommen“ wiederholten das Verhalten der „Vorfahren“, aber die „Enkel“ waren bereits zu schwach und konnten sich nicht fortpflanzen.
„Wir fanden heraus, dass sich synthetische vielzellige Aggregate auch kinematisch reproduzieren können, indem sie dissoziierte Zellen in der Umgebung zu funktionalen Selbstnachbildungen bewegen und komprimieren“, schreiben die Wissenschaftler. „Diese Form der Arterhaltung, die bisher bei keinem Organismus beobachtet wurde, tritt spontan innerhalb weniger Tage auf und entwickelt sich nicht über Jahrtausende.“
"Es hat mich beeindruckt", gibt Biologieprofessor Michael Levin, Co-Autor der Studie, zu. „Frösche haben eine Art der Fortpflanzung, die sie normalerweise verwenden, aber wenn Sie bestimmte Zellen vom Rest des Embryos befreien und sie wissen lassen, wie sie sich in einer neuen Umgebung zurechtfinden, finden sie nicht nur eine neue Art, sich zu bewegen, sondern anscheinend auch eine neue Art der Reproduktion."
Dass eine kinematische Selbstreplikation, die bisher weder bei Pflanzen noch bei Tieren beobachtet wurde, ohne genetische Veränderung stattfinden könnte, zeigt, wie radikal und schnell sich biologische Lebewesen an ihre Umgebung anpassen und verändern können, erklären die Forscher.
Simulationen künstlicher Intelligenz haben gezeigt, dass Xenobots, wenn sie eine bestimmte Form erhalten, wie z. B. eine Pac-Man-Figur, diese beim Replizieren reproduzieren. Außerdem erwies sich diese Form als die erfolgreichste für die weitere Selbstreplikation – der „Mund“ half dabei, embryonale Zellen effizienter zu einem Haufen zu sammeln. Auch fand man heraus, dass Xenobots zum Beispiel in der Lage sind, elektrische Schaltkreise zu reparieren – aber auch dieses Ergebnis wurde bisher auf Basis von Simulationen und nicht auf Basis eines realen Experiments gewonnen.
Wissenschaftler erwarten, dass Xenobots für verschiedene Aufgaben eingesetzt werden können, vom Sammeln von Mikroplastik in Gewässern bis hin zu medizinischen Eingriffen – etwa wenn es darum geht, die Zellregeneration zu beschleunigen.
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