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新蒲京澳门赌场网站:科学家组装青蛙干为第一生活39 39机史密森创新纳格

发布时间:01月14日 阅读:676



在塔夫茨大学Michael Levin的实验室中,细胞可能会发现自己与众不同。

在这里,青蛙皮肤的前体积在细胞中,这种细胞在另一种生活中可能帮助了两栖动物心跳。他们是完美的陌生人:到目前为止,没有生意可做的生物实体。然而,莱文和他的同事们发现皮肤细胞和心脏细胞可以被哄骗合并。并排放置,它们将自组织成复杂的,实际上不是青蛙的青蛙细胞的三维马赛克。

由计算机算法设计并由人的手通过外科手术塑造,这些皮肤心脏每个杂种的大小都差不多一粒沙子,与自然界中发现的任何杂物都不一样。但是他们完成的任务非常熟悉:无需任何外部输入,他们就可以放大培养皿,来回推动微观物体,甚至在切割后将它们缝合在一起。

Levin称这些为细胞是一种“新的生命形式”,它不是一种有机体,也不是一台机器,而是介于两者之间的某个地方。为了纪念非洲爪蟾蛙的蛙细胞而得名,它们被命名为“ xenobots”,它们具有巨大的潜力,可以揭示控制生命构成要素的规则。

还有很多其他的修补方法。 Levin和他的同事今天在《美国国家科学院院刊》上写道,还可以利用xenobot技术来运送药物,收集环境污染物等。他新蒲京澳门赌场网站们认为,与传统的机器人不同,未来的活体,能够自我修复的异种机器人理论上可以在不污染地球的情况下完成这些壮举,并且可以自我修复。

作为塑料和其他难降解的聚合物犹他大学的生物医学工程师兼合成生物学家塔拉迪恩斯(Tara Deans)并未参与这项研究,但由于继续在环境中积累,异种机器人提供的“令人难以置信的创新方法”对于可持续发展可能非常重要。

但异种机器人也提出了一系列道德问题。如果事情出现问题,人类可能需要保护以免受这些和其他形式的人造生命的侵害,或者反之亦然。杜克大学研究新技术的伦理影响但未参与研究的尼塔法拉哈尼(Nita Farahany)表示:“创造生活时,您对未来的发展方向并不了解。” “每当我们尝试利用生命……[我们应该]认识到生命的潜力确实很差。”

”“

一种计算机算法,设计了由青蛙细胞组成的“生活机器”(顶部)。然后在实验室(底部)创建这些设计并测试各种行为。

(Kriegman等人,PNAS,2020)

在过去的几十年中,人类已经机器人技术的惊人进步。机器现在可以掌握困难的棋盘游戏,并在艰难的地形中导航;他们可以驾驶自动驾驶汽车,在灾难过后寻找幸存者。但是,生物完成的许多基本功能仍然是由人手打造的flummox新蒲京澳门赌场网站设备。即使在最具创意的配置中,金属和塑料也无法活到细胞。

“生物系统是所有机器人技术的羡慕之举,”莱文说。 “它们具有适应能力,灵活性和自我修复能力。因此,莱文和他的同事决定尝试建立一个可以做到这一点的机器人。

与佛蒙特大学,莱文大学的机器人学家Sam Kriegman和Josh Bongard合作塔夫茨大学的道格拉斯布莱克斯顿(Douglas Blackiston)要求计算机算法来设计一系列生物机器,仅使用几百或几千只青蛙皮或青蛙心脏细胞作为原料。指令该算法的目的是针对每个xenobot优化不同的基本功能,例如来回移动或操纵对象。

“这几乎是一种无需干预的方法,” Bongard说。 “我们告诉算法我们希望xenobot做什么,但是我们没有告诉它xenobot应该新蒲京澳门赌场网站如何做。

在循环进行多种配置之后,该算法将吐出它认为最适合手头任务的数字蓝图。然后研究人员将尝试在Levin的实验室中重新创建这些设计。

”“

一个xenobot,

(Kriegman et al。,PNAS,2020)

即使是从青蛙胚胎中刮下并在摇动中摇摇晃晃后,它也被设计成具有四个肢体。充满液体的盘子新蒲京澳门赌场网站中,皮肤和心脏细胞会迅速凝结在一起,聚集成数千单位厚度的无定形团块。莱文说:“细胞喜欢彼此在一起。”接下来,该团队的驻地显微外科医师Blackiston会将新生的机器人并雕刻为计算机指定的形状。

所有的xenobots成分都是真正的青蛙。但是他们所采用的最终形式并没有两栖动物。一些被制作成两瓣状的斑点,而另一些则变成了空心的,棱柱状的结构。机器人缺乏肢体,骨骼和神经系统。但是,他们却轻松地完成了设计要完成的任务。

为最大限度地移动而量身定做,其中一些沿着皮氏培养皿的底部像微型脚虫一样踩在地上,仅靠心脏细胞的收缩为其提供动力内饰。其他一些用来运输颗粒物的卡车则像牧羊犬一样放牧他们的货物,而更多的人仍然将它们装在刻在他们定制的身体上的空袋中。在某些情况下,异种机器人甚至相互影响,碰撞并围绕着轨道运行,然后最终消失。

该团队的方法依赖于计算和生物技术的融合,类似于其他技术,它们重新改造了已知的建筑物院长说。她说,该团队的技术不是调整DNA之类的已知模板,而是将现有细胞重新排列成新的配置,而是更加有机。 “这个过程……新蒲京澳门赌场网站对所涉及的生物学有深刻的尊重。”

异种机器人的能力只有一毫米左右,还远远不够。邦加德说,它们没有口或没有消化系统,只被它们所伴随的少量蛋黄加油,并在汁液变干约一周后死亡。但是他和他的同事们认为,有一天这些机器人可能会被用来将药物输送到人体中,或者将斑块刮出动脉。释放到环境中后,它们可以定量毒素,或从海洋中清除微塑料。

该小组已经在试验不同类型的细胞,并负责处理新的杂务。莱文说,它们的异种机器人似乎还能够制造自己的新版本,将单个细胞束缚在一起,直到它们开始融合在一起,这令人回味无穷。它们还具有弹性:切成薄片后,机器人就可以修复伤口并继续前进。

尽管这项技术可以带来很多好处,但考虑潜在的缺点也很重要,苏珊安德森(Susan Anderson)说,不是参与这项研究的康涅狄格大学的哲学家和机器伦理专家。如果使用不当,异种机器人的力量很容易被用作生物武器,将毒药而非药物运送到人体内。还有一种文化上的考虑要考虑:重新组合现有生命形式的想法可能会使某些人感到困扰,这让人想起弗兰肯斯坦的怪兽或HG Wells 1896年科幻小说《摩洛医生的岛屿》中的实验活检。

人类当然已经修补过生活的食谱。近年来,生物工程人员对细胞进行了重新编程,以生产出可以挽救生命的药物,将基因组剥离到最起码的状态,并将一种动物的细胞融合成另一种动物的最终形态。但是,从头开始合成的定制形式的多细胞生命形式仍然很少,而且相距甚远-部分原因是许多生物发育仍然是一个黑匣子:例如,研究人员仍不确定组织,器官和附属物如何从单个细胞中显现出来。

研究异种机器人肯定可以帮助破解该开发代码。但是要到达那里,科学家首先必须试验他们尚未完全了解的技术,从设计这些生命形式的机器学习算法到自发组成它们的细胞。

Farahany说,到目前为止,该团队提出的内容是一个较早的进展,并且不能保证研究会出现什么。她补充说:“但是对于这种工作,考虑适当的道德框架和保障措施将是必不可少的。” “当您有生活必需品时,您需要采取故障保护措施,并且需要知道可以拔下插头。”

Bongard和他的同事们承认他们工作的重要性。他说:“围绕这件事的道德操守很重要。”他补充说,尽管研究小组尚未将生物伦理学家带入他们的研究中,但“这是我们在讨论如何使用该技术时需要做的事情”。不过,首先,“我们只是想证明这是可能的。”

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