为了坚持，生命必须繁衍。在数十亿年的时间里，生物体已经进化出多种复制方式，从萌芽植物到有性动物再到入侵病毒。
现在，科学家们发现了一种全新的生物繁殖形式，并将这一发现应用于创造有史以来第一个能够自我复制的活机器人。
这支团队制造了第一批活机器人(Xenobots，异种机器人)根据2020年的报道，这些由青蛙细胞组装而成的生物可以游到它们的小碟子里，找到单个细胞，将数百个细胞聚集在一起，然后在它们吃豆人形状的“嘴里”组装“外星机器人宝宝”——几天后，成为新的异种机器人，它们的外形和移动方式都和它们自己一样。
然后这些新的异种机器人就可以走出去，找到细胞，建立自己的副本。一次又一次。
佛蒙特大学的计算机科学家和机器人专家Joshua Bongard说:“有了正确的设计，它们会自发地自我复制。”Joshua Bongard是这项新研究的负责人之一。
这项新研究的结果发表在2021年11月29日的《美国国家科学院院刊》上。
向未知的
在非洲爪蟾身上，这些胚胎细胞会发育成皮肤。“它们可能位于蝌蚪的外部，阻挡病原体并重新分配粘液，”生物学教授、塔夫斯大学艾伦探索中心主任、这项新研究的联合领导者迈克尔·莱文(Michael Levin)说。“但我们将它们置于一个全新的环境中。我们给了他们一个重新想象多细胞生物的机会。”
他们想象的东西和皮肤完全不同。“很长一段时间以来，人们一直认为我们已经解决了生命可以复制或复制的所有方式。但这是以前从未观察到的，”塔夫斯大学(Tufts University)的资深科学家、合著者道格拉斯·布莱克斯顿(Douglas Blackiston)说。他组织了Xenobot的“父母”，并开发了这项新研究的生物学部分。
“这意义深远，”莱文说。“这些细胞拥有青蛙的基因组，但由于没有变成蝌蚪，它们利用集体智慧——一种可塑性——做出了令人震惊的事情。”在早期的实验中，科学家们惊讶于异种机器人可以被设计成完成简单任务。现在，他们震惊于这些生物物体——计算机设计的细胞集合——会自发地复制。“我们有完整的、未改变的蛙类基因组，”Levin说，“但没有迹象表明这些细胞可以在这项新任务上协同工作”，即收集分离的细胞，然后将其压缩成能够进行自我复制的细胞。
“这些是青蛙细胞的复制方式，与青蛙的复制方式非常不同。这项新研究的第一作者山姆·克里格曼(Sam Kriegman)说。他在弗吉尼亚大学邦加德实验室完成了博士学位，现在是塔夫特大学艾伦中心(Tuft's Allen Center)和哈佛大学威斯生物工程研究所(Wyss Institute for biological Inspired Engineering)的博士后研究员。
Xenobot母体由大约3000个细胞组成，形成一个球体。“这些可以生孩子，但之后这个系统通常就会消失。实际上，让系统继续繁殖是非常困难的，”克里格曼说。但在UVM的佛蒙特州高级计算核心的深绿色超级计算机集群上，一个人工智能程序已经能够在模拟中测试数十亿种体型——三角形、正方形、金字塔、海星-寻找那些能让细胞在新研究中报道的基于运动的“运动学”复制中更有效的细胞。
克里格曼说:“我们让UVM的超级计算机弄清楚如何调整最初父母的形状，经过几个月的嘎吱嘎吱声，人工智能想出了一些奇怪的设计，其中一个很像吃豆人。”“这是非常不直观。它看起来很简单，但它不是一个人类工程师能想出的东西。为什么只有一个小嘴巴?为什么不五个呢?我们把结果发给道格他造了这些吃豆人形状的异种机器人。然后这些父母建造孩子，孩子建造孙子，孩子建造重孙，重孙建造玄孙。”换句话说，正确的设计极大地延长了代的数量。
运动学复制在分子水平上是众所周知的，但以前从未在整个细胞或生物体的规模上观察到。
“我们已经发现，在生物体或生命系统中有一个以前未知的空间，这是一个巨大的空间，”弗吉尼亚理工大学工程和数学科学学院的教授邦加德说。“那么我们该如何探索那个空间呢?”我们发现了会走路的异种机器人。我们发现了会游泳的异种机器人。现在，在这项研究中，我们发现异种机器人可以进行运动学复制。外面还有什么?”
或者，正如科学家们在《美国国家科学院院刊》的研究报告中所写的那样:“生命在表面之下隐藏着令人惊讶的行为，等待被发现。”
但扩散连接的风险
有些人可能会觉得这令人振奋。其他人可能会对自我复制生物技术的概念感到担忧，甚至恐惧。对于这个科学家团队来说，目标是更深入的理解。
“我们正在努力理解这个属性:复制。世界和技术正在迅速变化。重要的是，对于整个社会来说，我们研究和理解这是如何工作的，”邦加德说。这些毫米大小的活机器，完全在实验室中，很容易熄灭，并由联邦、州和机构的伦理专家审查，“并不是让我夜不能寐的原因。”带来风险的是下一次大流行;加速污染对生态系统的破坏;加剧了气候变化的威胁，”弗吉尼亚大学的邦加德说。“这是研究自我复制系统的理想系统。我们有一种道德责任去理解在什么情况下我们可以控制它，引导它，浇灭它，夸大它"
邦加德指出，COVID疫情和对疫苗的寻找。“我们提出解决方案的速度至关重要。如果我们能开发技术，学习异种机器人，我们可以迅速告诉人工智能:“我们需要一种生物工具，可以做X和Y，抑制Z。”这将是非常有益的。今天，这需要非常长的时间。”该团队的目标是加快人们从发现问题到产生解决方案的速度——邦加德说，“比如部署活机器从水道中提取微塑料或制造新药物。”
邦加德说:“我们需要创造技术解决方案，以与我们面临的挑战相同的速度增长。”
该团队看到了再生医学进步研究的前景。“如果我们知道如何告诉细胞集合做我们想让它们做的事情，最终，那就是再生医学——这是解决创伤损伤、出生缺陷、癌症和衰老的方法，”Levin说。“所有这些不同的问题都在这里，因为我们不知道如何预测和控制将形成的细胞组。异种机器人是教我们的新平台。”
