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| 本文作者： 我在思考中 | 2021-12-06 15:15 |
編輯 | 青暮
活久見！全球首個活體機器人創生命繁衍新方式！
大家印象中的機器人是不是還停留在銅頭鐵額的機械體？
亦或是由鋼筋混凝土或者粗重木頭制成的龐然大物？
這不，科學家馬上安排了一批活體機器人，劃重點，全球首批！
而且，這些機器人還會自我繁殖......
這是由來自佛蒙特大學、塔夫茨大學以及哈佛大學Wyss研究所的科學家們發現的一種全新生物繁殖形式，并創造了有史以來第一個「自我復制」的活體機器人。
目前，這項研究成果已于2021年11月29日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118
去年，這批學者就依靠進化算法，利用青蛙的表皮細胞和心肌細胞造出了全球首批活體機器人，并將其命名為「Xenobot」。
不同于傳統機器人，也不是已知的某種動物物種，「Xenobot」是一種新型的、具有生命的、可編程的生物。而且，它們可以自主移動，即使被切開也能夠自動愈合。
自主移動的Xenobot
自動修復的Xenobot
但在當時，第一代「Xenobot」還無法完成自我復制。
如今，研究團隊已經攻克這個難題，造出了有史以來第一批能夠自我復制的活體機器人。
該團隊發現，這些由計算機設計和手工組裝的生物體能夠游到他們的小盤子里，找到數百個單細胞并將其聚在一起，然后在一個「吃豆人」形狀的「嘴巴」中組裝出「下一代」Xenobot。
幾天后，這些「下一代」就會變成外觀、行動都與父輩一樣的新一代Xenobot。這些新的Xenobot還會繼續出去尋找細胞，建立自己的副本，循環往復，生生不息......
Xenobot本身是由數千個非洲角蟾的胚胎細胞組成的一個細胞團。如果是正常的繁衍過程，這些胚胎細胞最終會發育成蝌蚪的不同部分。
但是，來自美國佛蒙特大學和塔弗茨大學團隊，將原始胚胎細胞切割出不同部分，并按照計算機模擬出的結構進行重建，人為「生產」出了這種新的生命。
該研究的合著者、塔夫茨大學的資深科學家、Douglas Blackiston、表示：長期以來，人們一直認為我們已經找到了生命可以繁殖或復制的所有方式。但這次我們的發現是之前從未見過的。
這些由計算機設計出來的細胞集合結構雖然擁有青蛙的基因組，但是，它們卻沒有選擇成為蝌蚪。而是以一種看上去像是集體智慧的舉動，做出了令人震驚的事情。
比如，自我復制。已經發育成熟的細胞群處在一群零散胚胎細胞中時，會自發把這些離散細胞堆在一起。
如果這個細胞團足夠大，這些細胞群就能發育成會游泳、帶纖毛的后代。只是，這個過程不確定性較大。
溫度范圍、胚胎細胞的密集度、成熟細胞群的數量和隨機行為、溶液的粘度、培養皿的幾何形狀表面，以及污染等等都會影響復制。
所以初代Xenobot的自我復制，最多只能持續兩輪。如何擴大這種復制輪次？這時AI算法就派上用場了。
既然球狀結構的細胞團不利于繁衍，那是不是可以試試其他形狀？所以要如何突破這個難題呢？
能夠自我復制的Xenobot最初是由在佛蒙特大學的超級計算機上運行的 AI 程序構思出來的。研究者運行了一種能夠在模擬中測試數十億種生物體型的進化算法，目標是發現哪種細胞配置能夠實現自我復制。
最終，AI發現了一個成功的設計：一組形狀像 1980 年代街機游戲吃豆人的細胞。在「吃豆人」形狀下，Xenobots的自我復制系統壽命，由最多2代增加到了4代。
該研究的共同作者、塔夫茨大學高級科學家Douglas Blackiston拿著AI給出的設計，使用微型電烙鐵和手術鉗手工雕刻出Xenobot母體，它由3000個青蛙細胞組成，能夠在培養皿中游走。
隨后，添加到培養皿中的青蛙細胞為Xenobot母體提供了原材料，它們用這些材料在吃豆人形狀的「嘴巴」中造出新的Xenobot。幾天后，新Xenobot又成長為新的Xenobot母體。通過不斷往培養皿中添加青蛙細胞原料，這種自我復制過程可以一代又一代地繼續下去。
在非洲爪蟾蛙中，這些胚胎細胞會發育成皮膚，附在在蝌蚪的外面，從而阻擋病原體并重新分配粘液。但研究團隊將這些細胞置于一個新的環境中，讓它們有機會重新想象自身的多細胞性。
事實證明，只想成為皮膚的細胞不是好細胞。
“在過去的很長一段時間，人類一直認為已經找到了生命繁殖或復制的所有方式，但這個方式是以前從未觀察到的，”Douglas Blackiston表示。
由大約3000個細胞組成的Xenobot母體自身形成了一個球體。這些球體可以繁殖，但之后系統通常會消亡。實際上，讓系統持續繁殖是非常困難的，但借助在超級計算機集群上運行的AI程序，進化算法能夠在模擬環境中測試數十億種體型，比如三角形、正方形、金字塔、海星，用來找到在基于運動的「運動學」復制中更有效的細胞。
“我們發現生物體或生命系統內存在一個此前未知的空間，這是一個廣闊的空間，”佛蒙特大學工程與數學科學學院的教授Bongard說。那么，“我們如何去探索那個空間？我們發現了會行走的Xenobots，我們發現了會游泳的 Xenobots。在這項研究中，我們發現了可以自我復制的Xenobots。今后還會有什么？”
或許正如科學家們在《美國國家科學院院刊》研究中所寫的那樣：生命在表面之下隱藏著令人驚訝的行為，等待被發現。
與其他已知的生物繁殖形式相比，基于運動學的自我復制使得顯著擴大和縮小每一代的后代變得有可能。這表明，生物體或許能夠學會自動設計，以產生不同大小、形狀和有用行為的后代，而不僅僅是數量意義上的自我復制。
因此，團隊的下一步的目標是加快人們從認識問題到給出解決方案的轉變速度，比如利用活體機器人把塑料微粒從下水道中拉出來，或者制造新的藥物。
“我們正在努力了解這個特性：復制。世界和技術正在迅速變化，對于整個社會來說，研究和了解它是如何運作的很重要，”Bongard 說。
研究團隊看到了活體機器人朝著再生醫學發展的前景。
Levin解釋道：如果我們知道如何告訴細胞集合做我們想讓它們做的事情，最終，那就是再生醫學，比如創傷性損傷、出生缺陷、癌癥和衰老的解決方案。這些問題的存在是因為我們不知道們不知道如何預測和控制細胞群的構建。
誠如研究人員所說，「在生命的表面之下，還隱藏著更多令人驚訝的行為，等待我們去發現。」
然而有些人給出了不同的解讀，比如一些網友，可能對可自我復制的生物技術的概念感到擔憂，甚至感到恐懼：人造生命、集體智慧、自我復制。所以，下一步是什么？會走向失控毀滅嗎？
而要回答這個問題，首先要明確Xenobot是否具備智能？
當被問及Xenobot 是否智能時，Blackiston表示更愿意將其稱為可編程生物，智能則發生在設計和編程階段，而不是在實際的Xenobot中。“我的觀點是它們并不智能”Blackiston 說。但他也認同，這項工作挑戰了科學定義。
“由于這些技術，定義正在走向消亡”，Bongard補充道——Xenobot是AI的產物，而AI本身正在幫助人類消滅人類原本對智能的標準定義。
所以，對于這項研究，仁者見仁，智者見智，不必太糾結于目前僅有的研究成果，畢竟歷史已證明，科技發展從長遠來看還是造福人類的。
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