Bestaat uit de stamcellen van de Afrikaanse klauwkikker (Xenopus laevis) waaraan het zijn naam ontleent, xenobots zijn minder dan een millimeter (0,04 inch) breed. Deze balletjes werden voor het eerst onthuld in 2020 nadat uit experimenten was gebleken dat ze kunnen bewegen, in groepen kunnen samenwerken en zichzelf kunnen genezen.
Nu zeggen de wetenschappers die het hebben ontwikkeld aan de Universiteit van Vermont, de Tufts University en het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard University dat ze een geheel nieuwe vorm van biologische voortplanting hebben ontdekt, in tegenstelling tot alle dieren of planten die de wetenschap kent.
Het heeft me weggeblazen”, zegt Michael Levine, een professor in de biologie en directeur van het Allen Discovery Center aan de Tufts University, die betrokken was bij het nieuwe onderzoek.
“Kikkers hebben een reproductiemethode die ze normaal gebruiken, maar wanneer… het (de cellen) bevrijdt van de rest van het embryo en ze de kans geeft om erachter te komen hoe ze zich in een nieuwe omgeving bevinden, en niet alleen denken ze een nieuwe manier van voortbewegen, maar ze ontdekken schijnbaar ook een nieuwe manier van voortplanting.”
Robot of levend wezen?
Stamcellen zijn niet-gespecialiseerde cellen die zich kunnen ontwikkelen tot verschillende soorten cellen. Om deze robots te maken, schraapten onderzoekers levende stamcellen van kikkerembryo’s en lieten ze incuberen. Er is geen genetische manipulatie.
“De meeste mensen denken dat robots gemaakt zijn van metaal en keramiek, maar het gaat niet zozeer om waar een mens van gemaakt is, maar om wat ze doen, alleen handelend namens mensen,” zei Josh Bongaard, een professor in computerwetenschappen en robotica-expert aan de Universiteit van Vermont en hoofdauteur van de studie.
Op deze manier is het een robot, maar het is ook duidelijk een organisme gemaakt van een niet-ggo-kikkercel.
Ze ontdekten dat de xenobots, die aanvankelijk bolvormig waren en uit ongeveer 3.000 cellen bestonden, zich konden voortplanten, zei Bongard. Maar het gebeurde zelden en alleen in specifieke omstandigheden. Bongard zei dat xenobots “kinetische transcriptie” gebruiken – een proces waarvan bekend is dat het op moleculair niveau plaatsvindt, maar dat nog niet eerder is waargenomen op de schaal van cellen of hele organismen.
Met behulp van kunstmatige intelligentie hebben onderzoekers vervolgens miljarden lichaamsvormen getest om xenobots efficiënter te maken bij dit soort replicatie. De supercomputer kwam in een C-vorm die eruitzag als Pac-Man, de videogame uit de jaren 80. Ze ontdekten dat hij kleine stamcellen in een petrischaaltje kon vinden, honderden ervan in zijn mond verzamelde en na een paar dagen werd de bundel cellen nieuwe xenobots.
“AI heeft deze machines niet geprogrammeerd zoals we normaal denken over het schrijven van code,” zei Bongard. “Het heeft deze Pac-Man-figuur gevormd, gebeeldhouwd en gecreëerd.”
“Shape is in de kern software. Shape beïnvloedt hoe xenobots zich gedragen om dit ongelooflijk verbazingwekkende proces te versterken.”
Xenobots zijn een zeer vroege technologie – denk aan een computer uit de jaren 40 – en er zijn nog geen praktische toepassingen. Deze combinatie van moleculaire biologie en kunstmatige intelligentie kan volgens de onderzoekers echter voor allerlei taken in het lichaam en de omgeving worden gebruikt. Denk aan het verzamelen van microplastics in de oceanen, het onderzoeken van wortelstelsels en regeneratieve geneeskunde.
Hoewel het potentieel voor zelfreproductie van biotech zorgwekkend kan zijn, zeiden de onderzoekers dat de levende machines volledig in een laboratorium waren ondergebracht en gemakkelijk konden worden gedoofd, omdat ze biologisch afbreekbaar zijn en worden gereguleerd door ethische experts.
Het onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door het Defense Advanced Research Projects Agency, een federaal agentschap dat toezicht houdt op de ontwikkeling van technologie voor militair gebruik.
“Er zijn veel dingen die kunnen worden bereikt als we profiteren van dit soort plasticiteit en het vermogen van cellen om problemen op te lossen,” zei Bongard.
De studie is maandag gepubliceerd in het peer-reviewed wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
