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世界首个可自我繁殖的异种活体机器人Xenobots诞生

2022-08-26 11:54 未知 PNAS 阅读 0
核心摘要: 2021年,美国科学家团队在《PNAS》发表研究,创造世界首个可自我繁殖的异种活体机器人Xenobots。该机器人由非洲爪蛙干细胞经人工智能塑形而成,不足1毫米,能自主移动、自我修复,并通过独特方式实现两代自我繁殖。研究揭示了分子动力学自我复制的新现象,未来可能应用于微塑料收集和再生医学。本文详细介绍其原理、实验过程及潜在影响。

北京时间2021年11月29日下午,生物医学同行评审期刊《PNAS》发表了一项引发广泛关注的研究:美国科学家团队创造了世界上第一个异种活体机器人Xenobots,并在一年的持续实验中发现了全新的生命繁衍形式——自我繁殖。

异种活体机器人首次亮相于2020年,科学家通过非洲爪蛙(Xenopus laevis)的心脏和皮肤干细胞孵化组装而成,这也是其名称的由来。这些不足1毫米的人造物不带任何编程,创造者无法预设或指挥它们的行为。它们可存活约10-14天,能自主移动(约在第3天分化出纤毛上皮,通过毛发状突起的协调跳动产生移动),具备自我修复、自我繁殖能力,并在能量耗尽后自然分解。

从生物学角度理解,Xenobots的功能和繁殖基于分子动力学自我复制理论,这是一种发生在分子水平的自动驱动机制。简单来说,自我繁殖会持续到最后一代因过于细小而无法成长发育为复制器为止。此前,从未有任何细胞或生物体实际产生过这一现象。在目前的实验条件下,Xenobots最多可实现两代自我繁殖。

干细胞是一种具有可发育成不同细胞类型能力的非特化细胞。在创造过程中,科学家未进行任何基因改造,仅将干细胞交由人工智能进行各种构型组合。人工智能没有任何额外的人类指令,仅根据世界上已知的各种形状对Xenobots塑形。每只Xenobots大约由3000个干细胞组成,既是人造机器物种,也是人为创造的有机体,因此被称为异种活体机器人。未来它们可能被赋予特定指令或工作内容,但当前仍需更长时间找到赋予方法。

人工智能测试了数十亿种体型,从最初的球形演变为类似吃豆人的C形,从而实现了从移动到繁衍的目标。Xenobots在移动过程中会像吃豆人一样自主收集单个零散的干细胞,并将它们聚集成类似自身的形状(科学家至今尚不明白Xenobots如何感知自身形状)。几天后,新的Xenobots脱离母体,并产生与母体一致的行为模式,继续下一代繁衍。

该研究的主要领导者、塔夫茨大学高级生物科学家道格拉斯·布莱克斯顿(Douglas Blackiston)博士表示:长期以来,我们一直认为已经找到了生命繁殖或复制的所有方式。但Xenobots作为有史以来第一个可自我繁殖的活体机器人,打开了新的生命大门,以不同于任何已知动物或植物的繁殖方式展示了生命的神奇诞生。

完全由人工智能进行形体塑造的Xenobots,不同形状会影响其行为,甚至包括未知的意识(如自我形状认知、自我修复和繁殖等)。例如初期球形时,只有极少数Xenobots会收集单个干细胞,绝大多数只是无序移动直到能量耗尽。从本质上讲,形状就是一种程序,不同形状使Xenobots产生了更复杂的行为。接下来研究将探索如何赋予Xenobots人类指令,以及繁殖出的新一代是否会保留上一代的人为指令。

处于初期的Xenobots项目,就像上世纪40年代刚开发的计算机,尚无实际应用。但研究人员表示,这种分子生物学与人工智能的结合可能用于人体医学和地球环境中的多项任务,包括海洋微塑料收集、再生医学(外伤、先天缺陷、癌症和衰老的解决方案)等,关键是需要找到预测和控制Xenobots的方法。

这听起来既新奇又令人担忧。能自我繁殖甚至被人类赋予指令的异种活体生物技术,稍有不慎可能颠覆人类文明。研究发表后,有网络爆料称该研究部分由美国国防高级研究计划局资助,该局负责监督军事技术开发。研究团队随后在社交媒体发言,称这些活体机器人完全局限在受控实验室中,作为有机体可生物降解,能够常规销毁,并强调整个研究过程受到伦理专家监管。

每一项科学尖端技术的出现,初衷都是希望人类生活更美好,但后续发展往往引发对毁灭的担忧。Xenobots在医学或环境领域可造福人类,但成熟后是否会变成灭世怪物,无人知晓。正如一位美国网友所言,当越来越多科幻电影场景成为现实,人类这一物种在毁灭的道路上越走越远。

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