Эти странные существа - первые в мире самовоспроизводящиеся "живые роботы"
Впервые разработанные в прошлом году, ксеноботы - это крошечные роботы, созданные из клеток лягушки вида Xenopus laevis. К марту 2021 года исследователи предложили новую версию своей модели, способную двигаться гораздо быстрее, чем ее предшественница. В подходящих лабораторных условиях клетки сформировали небольшие структуры, способные к самосборке, движению группами и восприятию окружающей среды. Исследователи, стоящие за этой работой, теперь обнаружили, что ксеноботы также могут самовоспроизводиться: впервые для многоклеточных организмов!
Для нового исследования, опубликованного в журнале , Джош Бонгард (Университет Вермонта), Майкл Левин (Университет Тафтса) и их коллеги начали с извлечения быстро делящихся стволовых клеток из эмбрионов лягушки. Команда заметила, что скопления отдельных клеток работали роем, сталкивая между собой другие свободные клетки. Образовавшиеся стопки клеток постепенно формируют новых ксеноботов.
В то время как почти все организмы размножаются путем роста и рождения потомства, некоторые молекулы также размножаются, но путем движения, а не роста. Подобно Тетрису, они находят и комбинируют строительные блоки для размножения. Исследователи показали, что кластеры клеток, если их выпустить из развивающегося организма, могут аналогичным образом находить и объединять свободные клетки в кластеры, и что эта способность необязательно должна быть специально развита или привнесена с помощью генетических манипуляций.
Возвращаясь к эксперименту, плюрипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться во все типы клеток, были взяты из анимального полюса эмбрионов Xenopus laevis, диссоциированы и выращены в течение 24 часов в слабом солевом растворе при 14 °C. Когда клетки собираются в кластеры, они образуют сферы (покрытые ресничками на внешней поверхности), состоящие примерно из 3000 клеток, в течение пяти дней.
Другой эксперимент показал, что когда полученный рой помещают в середину около 60 000 диссоциированных стволовых клеток, их коллективное движение сталкивает некоторые клетки вместе в "стопки", которые, если они достаточно большие (не менее 50 клеток), развиваются в реснитчатое потомство. Они, способные плавать, создают дальнейшее потомство, если им предоставить дополнительные диссоциированные стволовые клетки...
Каждый цикл репликации создает в среднем немного меньшее по численности потомство ксеноботов. В конечном итоге потомство, состоящее менее чем из 50 клеток, теряет способность плавать и размножаться.
Пытаясь создать новые поколения ксеноботов, команда обратилась к искусственному интеллекту. Используя алгоритм, смоделированный на основе эволюции, они предсказали начальные формы ксеноботов, которые дадут наибольшее потомство. Результат: "С-образные" скопления клеток давали наибольшее число поколений. В такой форме модифицированные ксеноботы производили до четырех поколений, что в два раза больше, чем у сферических родительских ксеноботов. "Манипулируя формой родителей, можно сделать лучшую "лопату" для перемещения большего количества клеток", — рассказывает Джош Бонгард в интервью New Scientist.
Это первый случай, когда многоклеточные организмы могут самовоспроизводиться без роста в собственном теле. Исследовательская группа теперь надеется использовать ксеноботов для изучения того, как первые организмы на Земле смогли размножаться.