Ученые из американского Университета Тафтса создали жутковатые программируемые организмы из живых клеток. Для решения многих современных проблем, стоящих перед учеными всего мира, требуются такие инструменты и материалы, а также навыки, которые недоступны обычному человеку. Поэтому нам на помощь уже достаточно давно приходят роботы.

Например, очень остро стоит задача очистки Мирового океана от микропластика, образующегося из-за огромного количества мусора, накапливающегося вследствие жизнедеятельности человека. Эти микрочастицы пластмасс, попадая в организм одних морских обитателей, вызывают их смерть, что, в свою очередь, ведет к уменьшению кормовой базы других морских обитателей, а следовательно, и к их преждевременной гибели. И так по цепочке. Исчезают целые виды животных и растений. То есть нарушается вся экосистема Мирового океана, изменяется климат, возникают различные стихийные бедствия и катаклизмы, что не может не влиять на жизнь человека.

Люди начинают чаще и тяжелее болеть, так как из-за неблагоприятной экологической ситуации страдает иммунная система, которая больше не в состоянии справляться с новыми угрозами. Растет количество онкологических и других серьезных заболеваний. Поэтому постоянно требуются новые, современные лекарства и методы исследований.

Именно в таких ситуациях на помощь человеку приходят роботы. Но и они не всегда способны помочь. Многие из них достаточно велики и громоздки, или материалы, из которых они созданы, настолько «нежны» или технически несовершенны, что просто не в состоянии действовать в сложных условиях.

Поэтому ученые давно работают над созданием таких организмов, которые были бы устойчивы к различным агрессивным условиям среды и могли бы трудиться там, куда не под силу проникнуть ни обычному человеку, ни роботам.

И вот в лаборатории американского Университета Тафтса после многолетних исследований на свет появились так называемые ксеноботы. Чтобы разглядеть их, нам придется склониться над микроскопом. Только тогда станет видно, как в жидкой среде движутся крохотные сгустки из розовой плоти. Они могут перемещаться, группироваться и даже толкать маленькие грузы.

Эти сгустки — биороботы, состоящие из живых клеток. Исследователи взяли эмбрион лягушки, выделили из него стволовые клетки, которые обычно в процессе роста превращаются в кожу или сердечную мышцу, и вручную разделили их. Позже эти клетки соединили в новый организм микроскопического (около одного миллиметра) размера, и он принялся жить своей жизнью: благодаря сокращениям клеток сердечной мышцы двигался, а благодаря клеткам кожи получил некий каркас, который удерживал всю эту «конструкцию». Ученые назвали эти организмы ксеноботами в честь африканской водной лягушки Xenopuslaevis, из клеток которой они и были собраны.

А теперь самое интересное: прежде чем за работу взялись биологи из Университета Тафтса, в другом исследовательском центре — Университете Вермонта — с помощью суперкомпьютера были произведены расчеты, определяющие, как должны выглядеть и что должны делать эти создания. Программисты разработали искусственный интеллект, цель которого — моделировать работу ксеноботов. Именно поэтому собранные в лаборатории уникальные организмы-ксеноботы являются биороботами: их поведение было заранее запрограммировано, а сами они созданы в строгом соответствии с алгоритмом. То есть это первые в истории живые существа, чья деятельность была задана не природой, а компьютерной программой.

Испытания показали, что ксеноботы способны согласованно двигаться и исследовать среду обитания, питаясь зародышевыми запасами энергии. Также они перемещались по кругу, толкали помещенные в жидкость гранулы (как поодиночке, так и совместно) и даже использовали для их транспортировки отверстия, которые предусмотрительно были сделаны в телах некоторых из них. Более того, у них обнаружилась способность к самовосстановлению. Ученые повредили тело одного из этих существ, и оно смогло без посторонней помощи вновь собрать свои клетки в одну комбинацию и «залечить» рану.

Важность создания первых биороботов сложно переоценить. Их можно использовать для решения множества задач. Эти живые роботы могут быть полезны для очистки радиоактивных отходов и сбора пластика в океанах. Также ксеноботы могут выживать в водной среде без дополнительных питательных веществ в течение нескольких дней или недель, что делает их пригодными для доставки лекарств в человеческое тело и даже уничтожения холестериновых бляшек в сосудах. А помимо этих практических задач биороботы могут также помочь исследователям узнать больше о структуре и функционировании клеток, что позволит им достигать прогресса в лечении различных заболеваний, исправлять врожденные дефекты, переделывать опухоли в нормальные ткани, регенерировать тело человека после травм или заболеваний и, в конце концов, даже победить старение!

Правда некоторые ученые уже сейчас опасаются, что рано или поздно искусственно созданные организмы могут выйти из-под контроля. Однако исследователи подчеркивают, что жизнь ксенобота достаточно мала, всего семь дней, и после выполнения своей задачи живой робот становится набором мертвых клеток, которые не несут никакого вреда. Кроме того, они полностью лишены способности к размножению.

Пока эти уникальные организмы могут только перемещаться и толкать грузы, но преимущество использования новейших методов как раз в том, что они позволяют научить ксеноботов приспосабливаться к окружающей среде так же, как это делают живые существа, пусть и под руководством людей. Таким образом, сегодня, прямо на наших глазах люди становятся создателями новых биологических организмов. Так начинается новая эра уникальной эволюционной робототехники.

Дата публикации: 2 июля 2020