Сенсация!
«…мы представляем метод дизайна машин, являющихся полностью, с самого основания биологическими: компьютеры генерируют их модели, и лучшие из них воплощаются путем комбинирования различных биологических тканей», – пишут авторы статьи, опубликованной 13 января 2020 года в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Прорывная технология разработана группой ученых университета Вермонта и университета Тафтса (США) под руководством профессора Джошуа Бонгарда.
В комментарии изданию Independent Бонград поясняет:
«Это инновационные живые машины. Они не являются ни традиционными роботами, ни известными видами животных. Это новый класс артефактов – живой программируемый организм».
Масштабируемые ксеноботы
Инновационные биологические формы получили название «ксеноботы» от латинского имени вида Xenopus laevis, гладкой шпорцевой лягушки, чьи эмбрионы стали источником живых клеток для создания искусственных организмов.
Процесс конструирования живого робота начинается с компьютерного 3D моделирования.
Специальный супер-компьютер генерирует в виртуальной реальности «машины» разнообразных конструкций для выполнения определенных действий. Это своего рода симуляция естественного эволюционного процесса: из сотен форм программа выбирает те немногие, которые лучше всего справятся с задачей, поставленной изобретателями.
Ученые снабдили эволюционный алгоритм данными о свойствах, которыми обладают те или иные виды живых клеток.
Это, например, максимальная сила сокращений сердечной мышцы или параметры клеток кожи, позволяющие им играть роль каркаса своеобразного тела ксенобота.
После того, как компьютер выбрал оптимальные модели, работа идет, в основном вручную.
Ученые берут плюрипотентные стволовые клетки эмбриона гладкой шпорцевой лягушки на стадии бластулы в количестве несколько большем, чем необходимо для конкретной модели, а затем, после инкубации, методами микрохирургии удаляют лишнее и создают живую форму, максимально близкую к изначальной модели.
И вот мы имеем крохотные живые организмы, менее одного миллиметра толщиной и состоящие всего из 500 – 1000 клеток кожи и мышечной ткани, способные передвигаться в водной среде в чашке Петри. Срок их жизни – от недели до 10 дней.
Исследователи уточняют: при необходимости модели можно воспроизвести в большем масштабе, то есть укрупнить их, сохранив конструкцию.
Что же умеют делать живые роботы, и как их можно использовать?
Движение, манипуляция объектами, партнерство
Во-первых, как уже было сказано выше, они могут двигаться. Локомоторные функции обеспечены способностью клеток сердца ритмично сокращаться, вследствие чего минироботы перемещаются непрерывно от начала до конца своей короткой жизни. Запас энергии у них автономный, и в пище они не нуждаются.
Во-вторых, когда ученые насыпали в чашку Петри крохотные гранулы, ксеноботы отреагировали в соответствии с компьютерным алгоритмом: при помощи элементарных манипуляций, толкая эти гранулы, они собрали мусор в кучи.
Одной из виртуальных моделей стал организм со своеобразной сумкой для транспортировки объектов на большее расстояние, однако пока что его реализовали без мышечной ткани. В перспективе исследователи планируют усложнить конструкцию ксенобота, тогда он сможет более эффективно очищать пространство от мусора, либо, наоборот, транспортировать что-то полезное (например, лекарство).
В-третьих, ученые убедились, что ксеноботы разных конструкций оказались способны к совместным действиям. Например, два разных организма при спонтанном столкновении формировали своеобразное сцепление, выполняли несколько совместных вращений, а затем эту связь разрывали.
Особенно активны были те минироботы, у которых имелись в наличии жгутики: они чаще соединялись с соседями и постоянно меняли партнеров.
Но и это еще не все. Ксеноботы способны самовосстанавливаться. Когда исследователи разрезали такой организм почти пополам, части соединялись обратно в единое тело.
Отслужив свое, живые роботы гибнут и разлагаются, как и любая биологическая субстанция, не оставляя за собой никакого неорганического мусора.
Уже сейчас ученые предвидят достаточно широкий спектр применения программируемых живых организмов. Например, весьма вероятно, что они смогут бороться с токсичными последствиями радиоактивного заражения при авариях, очищать морские просторы от скапливающегося там микропластика, доставлять лекарства в организм человека, чистить стенки артерий от склеротических бляшек.
В то же время, как это чаще всего случается в современном мире, воплощающем самые смелые идеи мечтателей прошлого, людям приходится тревожится о потенциальных этических коллизиях, которые они в себе заключают.
Обоснованные опасения
Ситуация, в которой размывается разделительная черта между роботами и живыми организмами – популярная тема научной фантастики. Вспомним роботов-убийц в «Терминаторе», репликантов в «Бегущем по лезвию» и разнообразные пограничные формы в супер-популярном британском сериале «Черное зеркало».
«Перспектива существования так называемых живых роботов и использования технологий по созданию живых организмов вполне оправданно вызывает озабоченность у многих», – говорит один из создателей ксеноботов директор центра биологии регенерации и развития университета Тафтса (Массачусетс, США) Михаэль Левин.
По мнению ученого, когда мы пытаемся экспериментировать со сложными системами, каковыми являются живые организмы, это чревато последствиями, не входившими в наши планы.
В то же время подобные эксперименты – это не только путь к созданию полезных для человечества инновационных технологий. Это еще и возможность глубже понять «жизненный софт», алгоритмы производства живых организмов со сложными качествами и способностью изменять их для адаптации к новым задачам, продиктованным постоянно меняющимися условиями существования.
Левин считает, что такого рода знания необходимы человечеству, если мы стремимся продолжать свое существование на этой планете, а работа его группы делает важный шаг вперед в умении прогнозировать и предотвращать нежелательный ход развития событий.
То, что ученым удастся узнать на этом пути, может привести к обретению определенной доли контроля над процессами роста и формирования живых тканей, а это означает возможность предотвращать рак, врожденные патологии, старческие болезни.
В перспективе для создания ксеноботов с определенными функциями могут быть использованы кровеносные сосуды, сенсорные и иные клетки нервной системы. Не исключено, что у них будут рудименты органов зрения и элементарные когнитивные способности.
А если создавать живых роботов из клеток млекопитающих, они смогут существовать не только в водной среде, но и на сухой поверхности.
И тут возникают серьезные этические проблемы.
В какой момент ксеноботы станут существами с правом на интересы, которые мы будем обязаны защищать? Этот вопрос ставит директор исследовательского отделения Оксфордского центра практической этики фонда Юэхиро доктор Томас Дуглас и сам дает вариант ответа:
«Я полагаю, они обретут соответствующий моральный статус, если в эти организмы будут включены нервные клетки и у них появится минимальная психическая функция, то есть способность чувствовать физическую боль».
Но есть люди, настроенные более решительно. Они считают, что уже сейчас актуальна дискуссия на тему морального статуса ксеноботов, и мы немедленно должны решить, нужно ли к ним относиться, как к машинам или как к живым существам.
Аспирант университета Вермонта Сэм Кригман, участвовавший в создании ксеноботов, признает, что этическая проблема существует.
«Для меня важнее всего то, что наша работа находится в публичном поле, а значит, и общество в целом, и те, кто определяет политику в этой области, могут обсуждать связанные с ней проблемы и выбирать наилучшие решения», – говорит он.
Источники:
A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms
World’s First ‘Living Machine’ Created Using Frog Cells and Artificial Intelligence
Scientists use stem cells from frogs to build first living robots
Scientists Create First ‘Living Robots’ in Major Breakthrough’
