Ксеноботы: первые самовоспроизводящиеся живые роботы
Вы только представьте: берутся клетки лягушки, и… получаются крошечные роботы. Звучит как начало фантастического романа, верно? Но для команды учёных из Университета Вермонта и Тафтса это уже рутинная лабораторная работа. Ещё в прошлом году они представили миру «ксеноботов» — живых машин, собранных из клеток шпорцевой лягушки. А к марту этого года выяснилось, что их творения не только бегают быстрее своих предшественников, но и умеют делать то, что ставит в тупик даже видавших виды биологов.
Итак, что мы знали о ксеноботах раньше? В лабораторной чашке клетки сами собой собирались в причудливые структуры, шустро передвигались группами и как-то по-своему «чувствовали» среду. Но теперь случилось то, что заставило исследователей протереть глаза: эти биороботы научились… самовоспроизводиться. И речь идёт не о делении клетки, а о размножении на уровне целого многоклеточного организма. Такое мы видим впервые!
В новом исследовании, которое опубликовал журнал PNAS, Джош Бонгард, Майкл Левин и их коллеги пошли по уже знакомому пути: взяли стволовые клетки из эмбрионов лягушки. И тут началось самое интересное. Оказалось, что скопления этих клеток ведут себя как настоящий рой: они толкаются, собираются в кучки и буквально сгребают в охапку другие свободные клетки, плавающие рядом. Из этих «строительных блоков» постепенно вырастают новые особи.
Это вообще ломает шаблоны. Обычно живые существа размножаются, выращивая потомство внутри себя или вынашивая его. А здесь — чистая физика и коллективная работа. Это как если бы игрок в Тетрис не просто складывал фигурки, а сами фигурки находили друг друга и начинали собирать новые комбинации. Учёные подчёркивают: никаких генетических манипуляций, никаких секретных «генов размножения» — просто кластеры клеток, выпущенные из организма, вдруг обретают способность организовывать себе подобных. Спросите, как такое возможно? В том-то и загадка.
Если заглянуть в лабораторный дневник, технология выглядит так: у эмбрионов лягушки берутся так называемые плюрипотентные стволовые клетки (те, что могут превратиться во что угодно), их аккуратно разделяют и сутки выдерживают в солевом растворе при прохладных 14°C. Примерно через пять дней из этого «бульона» сами собой формируются аккуратные сферы, покрытые ресничками, — в каждой около трёх тысяч клеток. Красота, да и только.
Дальше — больше. Когда такой «шар» подсаживают в тарелку с десятками тысяч разрозненных стволовых клеток, начинается настоящая стройка. Ксеноботы коллективно носятся по полю, сталкивая свободные клетки в кучки. Если такая кучка набирает хотя бы 50 клеток, она вдруг оживает, обрастает ресничками и превращается в полноценного ксенобота-младенца, способного плавать и… производить следующее поколение.
Правда, есть нюанс: с каждым циклом репликации дети получаются чуть мельче родителей. И как только численность «клеточной команды» падает ниже полусотни, новорождённый теряет подвижность и уже не может дать потомство. Природа ставит свой блокпост.
И тут в игру вступил искусственный интеллект. Учёные решили не гадать на кофейной гуще, а спросили у эволюционного алгоритма: какой формы должны быть родители, чтобы оставить максимум потомства? Компьютер выдал неожиданный ответ: лучшая форма — С-образная. Знаете, как подковка или полумесяц. Такие «лопатки» оказались гораздо эффективнее: они гребли клетки с удвоенной силой и производили до четырёх поколений вместо одного. «Форма решает всё, — пояснил Джош Бонгард в разговоре с New Scientist. — Просто сделайте родителей похожими на хорошую лопату, и они накидают вам кучу „детей“». Задумайтесь: мы привыкли, что форма тела зависит от генов, а тут она просто подсказана физикой и подобрана алгоритмом.
Конечно, до создания армии крошечных клонов ещё далеко, но сам факт поражает. Перед нами первый задокументированный случай, когда многоклеточные организмы размножаются, не увеличиваясь в размерах, а просто собирая себе подобных из подручного материала. Исследователи уже строят догадки: возможно, именно так размножались самые первые живые существа на Земле? Вглядываясь в эти клеточные сгустки, мы, кажется, видим отражение того самого момента, где на нашей планете впервые зародилась жизнь. Жутковатое и завораживающее зрелище, не правда ли?
