Gli scienziati hanno progettato quelli che dicono siano i primi “robot” autoreplicanti realizzati con cellule viventi.

All’inizio, questi “xenobot” dall’aspetto bizzarro possono sembrare degni di nota per la loro superficiale somiglianza con Pac-Man, ma la loro somiglianza con il personaggio dei videogiochi è forse la cosa meno strana di loro.

Queste insolite creature robotiche sono un sottoprodotto di ciò che gli stessi ricercatori hanno rivelato l’anno scorso, quando hanno introdotto i primi robot al mondo creati interamente da cellule viventi, in questo caso, Cellule staminali Preso dall’embrione di rana.

“Queste sono nuove macchine viventi”, ha spiegato all’epoca lo scienziato informatico e roboticista Joshua Bongard dell’Università del Vermont.

“Non è né un robot tradizionale né un noto tipo di animale. È una nuova classe di artefatti: un organismo programmabile”.

Ora, Bongard e i suoi collaboratori hanno fatto il passo successivo, dando agli xenobot la possibilità di autoreplicarsi e creare nuove versioni di se stessi.

In questo caso, l’autoriproduzione non si ottiene attraverso le tecniche riproduttive che normalmente vediamo nelle forme di vita biologiche.

Invece, i ricercatori hanno scoperto che se mettono abbastanza xenobot l’uno vicino all’altro in una capsula di Petri, il loro movimento collettivo inizia ad accumulare altre cellule di rana sciolte che galleggiano fianco a fianco nella soluzione.

Una volta che un numero sufficiente di queste cellule è stato impilato insieme, la pila combinata di circa 50 cellule è diventata una specie di discendenza di uno xenobot, che è in grado di nuotare da solo, accumulando così la sua progenie.

Questo fenomeno, chiamato autoriproduzione cinematica spontanea, è già stato osservato in altri tipi di Macchine e modelli molecolari, ma mai prima in sistemi multicellulari viventi come gli xenobot.

“Abbiamo scoperto che gli assemblaggi multicellulari sintetici possono anche riprodurre cineticamente spostando e comprimendo le cellule distaccate nel loro ambiente in auto-replicazioni funzionali”, Spiegazione in un nuovo documento Descrizione di organismi riproducibili.

“Questa forma di continuità, mai vista prima in nessun organismo vivente, sorge spontaneamente nel corso dei giorni piuttosto che evolversi nel corso di migliaia di anni”.

(Sam Kriegman e Douglas Blackstone)

Sopra: le simulazioni (a sinistra) prevedono un vero e proprio sistema di autotrascrizione in vitro (a destra).

Per realizzare robot autoreplicanti, i ricercatori hanno estratto cellule staminali pluripotenti da una rana artigliata africana (Xenopus laevis) le bucce degli embrioni e li incubati in una soluzione salina, durante questo periodo un certo numero di cellule aderisce a un organismo sferico e sul suo strato esterno crescono ciglia, consentendo loro di muoversi.

Quando decine di organismi di prima generazione sono stati gettati in un secondo piatto con le cellule staminali staccate, il movimento degli organismi ha raccolto le cellule staminali in pile che hanno formato una nuova generazione di organismi, che poi ha proceduto a ripetere lo stesso comportamento di impilamento delle cellule raggiunto le pile.

Tuttavia, le stesse cellule staminali staccate che sono state lasciate sole in soluzione non si sono autoassemblate, indicando che avevano bisogno del movimento iniziale degli xenobot progenitori per catalizzare la loro formazione in organismi aggregati.

Nel loro articolo, i ricercatori spiegano che questa autoriproduzione cinetica, un comportamento mai visto prima nelle piante o negli animali, può manifestarsi senza modificazione genetica, mostrando come le entità biologiche possono adattarsi e cambiare radicalmente in risposta al loro ambiente.

Il team ha anche scoperto che potevano amplificare il fenomeno usando Intelligenza artificiale Per simulare condizioni che possono rafforzare comportamenti autoreplicanti.

“Le simulazioni hanno indicato che alcune forme del corpo hanno gonfiato la dimensione del mucchio e i cicli di ripetizione, mentre altre forme hanno soppresso o interrotto l’autoriproduzione”, I ricercatori spiegano. “Alcune, ma non tutte, le forme geometriche erano migliori degli sferoidi”.

In definitiva, la mezza forma (Pac-Man in 3D, in pratica) era il miglior candidato per impilare cellule di rana sciolte in nuovi organismi e anche le modifiche all’ambiente, introducendo pareti che limitano il movimento degli xenobot, hanno aiutato.

Mentre stiamo ancora iniziando a giocherellare con questi organismi robotici viventi, i ricercatori affermano che un giorno organismi insoliti potrebbero svolgere un lavoro utile, se possiamo continuare a scoprire come funzionano, oltre a identificare le funzioni appropriate per dare loro. .

“Ciò suggerisce che le tecnologie future, con una piccola guida esterna, potrebbero diventare più utili man mano che si diffonderanno”, La squadra spiegaE quella vita contiene comportamenti sorprendenti sotto la superficie, in attesa di essere scoperti.

I risultati sono riportati in PNAS.