Xenobot — новый вид программируемого организма

Исследователи надеются, что живые роботы, состоящие из множества клеток, работающих вместе, могут помочь раскрыть тайны межклеточной связи.

Поведение Ксеноботов достаточно сложное, если учесть что они состоят всего из двух типов клеток: клетки кожи и клетки сердца лягушки.

В отчете, опубликованном «Национальной академии наук», исследователи описывают, как они с помощью эволюционных алгоритмов создали так называемых Ксеноботов (из вида лягушек, Xenopus laevis, откуда были взяли клетки). Они надеются, что этот новый тип организма — объединенные активные (сжимающиеся) клетки и пассивные клетки, и их чрезвычайно продвинутое поведение могут помочь ученым раскрыть тайны клеточной коммуникации.

Как клетки работают вместе, образуя сложные анатомии, «является большой загадкой», — говорит соавтор статьи Майкл Левин, биофизик из Университета Тафтса. «Что нас очень интересует, так это вопрос о том, как клетки работают вместе для создания определенных функциональных структур». Как только будет исследовано это явление, ученые могут даже продвинуться вперед в более загадочном вопросе о том, на что еще способна клетка.

Левин и его коллеги начали совместное проектирование своих Ксеноботов с помощью клеток и некоторых алгоритмов. Они собирали стволовые клетки у эмбрионов лягушки и дифференцировали их в клетки сердца, которые естественным образом сокращаются, и клетки кожи(пассивные). Затем они объединяют эти активные и пассивные компоненты, используя естественную склонность клеток «прилипать» друг к другу. В приведенных примерах — квадраты бирюзового цвета являются пассивными клетками, а чередующиеся зеленые и красные клетки — активными клетками.

Когда ксеноботы перемещались, исследователи могли наблюдать, как их уникальные структуры — как по расположению их клеток, так и по общей форме — отражались на их поведении. Они отправили все эти данные команде компьютерных ученых, которые создали имитированную среду для цифровых версий Ксеноботов. Затем они запустили эволюционные алгоритмы, которые в некотором смысле копируют процессы естественного отбора, чтобы посмотреть, как структура Ксенобота помогает ему, скажем, двигаться вперед. Система ищет возможные манипуляции с проектами Ксеноботов и исследует, как эти новые проекты могут влиять на их функциональность. Ксеноботы, которые хорошо выполняют определенную задачу в симуляции, считаются «подходящими» и разводятся для создания нового поколения «развитых» Ксеноботов.

«Таким образом, этот вид циклического перехода между дизайном и биологией помогает понять правила того, что делает биология», — говорит Левин.

Эти сгустки клетоок(не имеющие мозга) в конечном итоге ведут себя совершенно разумно. «Время от времени они меняют направление своего движения, затем они могут повернутся и отправиться назад», — говорит Левин. Когда они сталкиваются с другими свободными клетками, они объединяются с ними. Разрежьте Ксенобота, и он снова соберется вместе, как T-1000 из Terminator 2. Два ксенобота могут объединиться в один. Ксенобот (со специальным отверстием) может поднимать и переносить небольшие грузы.

Как клетки Ксенобота общаются — для создания такого сложного поведения — вот что ищут Левин и его коллеги. «И самое главное, как мы можем это контролировать», — говорит Левин. Ксенобот — это единственный в своем роде организм: это и живое существо, состоящее из живых клеток, и машина, которую исследователи могут запрограммировать для выражения определенного поведения. Клетки лягушек не являются чем-то особенным сами по себе. Что является поразительным, так это необыкновенное поведение, которое они воспроизводят коллективно.

Поделиться ссылкой:

Written by 

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о