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| 全球首個(gè)“自我復(fù)制”的活體機(jī)器人誕生 |
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美國(guó)佛蒙特大學(xué)、塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種全新的生物繁殖方式，并利用其創(chuàng)造了有史以來(lái)第一個(gè)可進(jìn)行自我復(fù)制多代的活體機(jī)器人——Xenobots3.0。
它僅有毫米大小，既不是傳統(tǒng)的機(jī)器人，也不是已知的動(dòng)物物種，而是一種從未在地球上出現(xiàn)過(guò)的、活的、可編程的全新有機(jī)體。據(jù)悉，該活體機(jī)器人或許可以有助于醫(yī)學(xué)的全新突破——除了有望用于精準(zhǔn)的藥物遞送之外，它的自我復(fù)制能力也使得再生醫(yī)學(xué)有了新的幫手，或可為避免出生缺陷，對(duì)抗創(chuàng)傷、癌癥與衰老提供開創(chuàng)性的解決思路。2021年11月29日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》。
研究團(tuán)隊(duì)首先設(shè)計(jì)出由大約3000個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的第一代Xenobot。他們將這些直徑大約0.5毫米的球形細(xì)胞團(tuán)放入長(zhǎng)有大量非洲爪蟾干細(xì)胞的培養(yǎng)皿中，這時(shí)，細(xì)胞團(tuán)表面的纖毛就如同細(xì)菌的鞭毛，推動(dòng)著它們按照設(shè)計(jì)的方向螺旋游動(dòng)。在游動(dòng)的途中，它們會(huì)推動(dòng)四處分布的干細(xì)胞，將它們聚集在一起。隨著這個(gè)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，Xenobot堆積的細(xì)胞不斷增多，并在5天之內(nèi)堆積形成了一個(gè)比第一代更小、更接近球形的全新細(xì)胞團(tuán)。
當(dāng)它與更大的細(xì)胞團(tuán)分離，第二代Xenobot就誕生了。研究人員將它放入一個(gè)全新的培養(yǎng)皿中，這個(gè)培養(yǎng)皿里同樣含有大量干細(xì)胞。于是，同樣可以游動(dòng)、堆積干細(xì)胞的第二代Xenobot重復(fù)著第一代的步驟，尋找單個(gè)細(xì)胞并將它們堆積成新的細(xì)胞團(tuán)。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，第一代Xenobot最多只能自我復(fù)制兩次，也就是產(chǎn)生第三代。于是，研究團(tuán)隊(duì)利用一種模擬自然界演化的算法，預(yù)測(cè)什么樣的Xenobot初始形態(tài)可以產(chǎn)生更多后代。利用佛蒙特大學(xué)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，這個(gè)算法預(yù)測(cè)了數(shù)十億種形態(tài)。最終，脫穎而出的是C字型——如同球形開了個(gè)口，而這張“嘴”恰好可以幫助Xenobot移動(dòng)、收集干細(xì)胞。最終，在培養(yǎng)皿中，這種機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了4次自我復(fù)制，比普通球形機(jī)器人多復(fù)制了兩代。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2022年2月刊 封面)