全球首个活体机器人生娃！100％青蛙基因，杀不死，可繁衍四世

毋问我从哪里来

2021
11/30
18:18
新智元

                               
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新智元报道

编辑：桃子、David

毋问我从哪里来

【新智元导读】活体机器人「生娃」？全球首次，实属罕见！2020年1月，美国科学家利用从青蛙胚胎中提取的活细胞，创造出全球首个活体机器人Xenobot。现在，这个活体机器人可以像「吃豆人」一样繁殖。

全球首次，实属罕见！

在生孩子这件事儿上，美国科学家创造了奇迹：让机器人「生娃」。

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你没看错，世界上第一个「活体机器人」正在繁衍...

                               
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当这些酷似「吃豆人」的机器人「父母」在环境中移动时，它们会在「嘴巴」中收集数百个干细胞。

随着时间的推移，这些干细胞会聚集在一起，形成机器人宝宝，发育成熟之后，看起来就像它们的父母一样。

这是由来自佛蒙特大学、塔夫茨大学以及哈佛大学 Wyss研究所的科学家们发现的一种全新生物繁殖形式，并创造了有史以来第一个「自我复制」的活体机器人。

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目前，这项研究已于10月22日发表在 PNAS 上。

                               
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该研究的合著者、塔夫茨大学的资深科学家 Douglas Blackiston 表示，「长期以来，人们一直认为我们已经找到了生命可以繁殖或复制的所有方式。但这次我们的发现是之前从未见过的。」

                               
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全球首次！活体机器人「生娃」

本来，非洲爪蟾蛙的这些胚胎细胞会发育成皮肤。但它会挡在蝌蚪的外面，阻挡病原体并重新分配粘液。

研究人员这次将这些胚胎细胞置于一个新的环境下，让其有机会重新利用这个「多细胞性」。

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这次，这些胚胎细胞要发育的目标和皮肤大不相同。

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「这些青蛙细胞的复制方式与以往大不相同。科学上已知的任何动植物都不会以这种方式复制」，这项新研究的主要作者 Sam Kriegman 博士说。

                               
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最初，由大约 3000 个细胞组成的爪蟾机器人（Xenobot）亲本形成了一个球体。大约 3 天后，球体外表面上会形成纤毛。

                               
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当产生的成熟细胞群处于培养皿中约 60000 个分离的干细胞中时，它们的集体运动将一些细胞推到一堆。

                               
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如果这个「堆」足够大，这些细胞群就能发育成会游泳、带纤毛的后代。如果分离干细胞更多，则会产生更多的后代。

                               
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不过，这个复制过程最多持续两轮。是否会停止取决于适合青蛙胚胎发育的温度范围、解离细胞的浓度、成熟生物的数量和随机行为、溶液的粘度、培养皿的几何形状表面，以及污染的可能性。

                               
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确实，就像研究论文作者之一Sam Kriegman 博士所说：「这些机器人可以生孩子，但之后这个复制系统很快就会消亡。要让系统继续复制非常困难」。

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看来，球体结构不利于机器人的生殖系统的复制，怎么办？试试别的形状！

这正是AI入场的好时候。

                               
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通过 Deep Green 超级计算机集群上运行的AI程序，进化算法在模拟中对数十亿种形状进行了测试——三角形、正方形、金字塔、海星形——让细胞在复制中的效率更高。

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研究人员使用一种进化算法，从随机群开始，进化出具有增加自我复制能力的细胞群。（ FG = 给定群体实现的子代数。小数部分表示群体距离实现另一轮复制的距离。）

                               
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这个进化试验中最成功的世系起源于一个球体，它构建的桩不超过 74% 自我复制所需的大小阈值。

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爪蟾机器人（Xenobot）能够在培养皿中找到微小的干细胞并将数百个干细胞聚集在「嘴」(指C型的缺口) 里，几天后这组干细胞就会裂变成新的爪蟾机器人。

                               
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「我们利用超算弄清楚了如何调整最初父母亲本的形状。经过几个月努力，AI想出了一些奇怪的设计，包括一个类似于「吃豆人」的形状。这种设计相当违反直觉，它看起来很简单，但人类工程师想不出来。」Sam Kriegman说。

                               
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比如，为什么是一张嘴？为什么不是5张嘴？不过，形状虽然看起来有点奇怪，但效果很好。经测试，这个「吃豆人」形状大大延长了Xenobot 机器人复制系统的寿命。

                               
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实验表明，在经历AI算法筛选出的「吃豆人」形状下，机器人的自我复制系统寿命，由最多2代增加到了4代。

                               
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现在，这些机器人的儿子能生孙子，孙子又生了曾孙，繁殖还在继续......

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众所周知，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尺度上观察到。

Douglas表示，「我们已经发现，在生命系统中存在着一个未知的空间。我们如何去探索那个空间？我们发现了会走路的机器人；我们发现了会游泳的机器人。现在，我们又发现了可以运动、可以自我复制的异形机器人。未来还会有什么发现呢?」

诚如研究人员所说，「在生命的表面之下，还隐藏着更多令人惊讶的行为，等待我们去发现。」