幹細胞製活體機械人 Xenobot 以全新方式「繁殖 」後代
在最新刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究中，創造了全球首種活體機械人 Xenobot 的美國團隊指， Xenobot 可以繁殖，而且方法在已知的植物和動物中未曾見過。
Xenobot 由非洲爪蟾 (Xenopus laevis) 的皮膚幹細胞製造，亦以之命名，其寬度不足 1 毫米。在 2020 年首次亮相的實驗中已表明 Xenobot 可以移動、集體合作和自我修復，並可感應到附近環境。不過，學界對 Xenobot 是機械人、生物體還是全新一類的東西仍然有爭議，佛蒙特大學電腦科學家 Joshua Bongard 去年曾指， Xenobot 既不是傳統的機械人，也不是已知的動物物種，而是一類新的人工製品，是一種活的、可編碼的有機體。
有參與是次研究的美國塔夫茨大學生物學教授 Michael Levin 指，蛙類有通常使用的繁殖方式，當從胚胎的其餘部分釋出細胞，團隊讓這些細胞有機會去弄清楚如何在一個新環境中生存，它們不單找到一種新的移動方式，也顯然找到一種新的繁殖方式。
幹細胞是具有發育成不同細胞類型能力的非特化細胞。為了製造 Xenobot ，團隊從非洲爪蟾胚胎中提取了活的幹細胞並將之培養，當中並不涉及基因操縱。
Bongard 解釋，大多數人認為機械人是由金屬和陶瓷製成的，但更應著眼於其作用，即代替人類自主活動；而從這個意義上而言， Xenobot 是一個機械人，且是由未經基因改造的蛙類細胞製成的有機體。
團隊在是次研究中發現，最初是球形、由大約 3,000 個細胞組成的 Xenobot 可以繁殖，這過程很少發生，而且只在特定情況下發生。 Bongard 指， Xenobot 使用了「動力複製 (kinetic replication) 」繁殖，這是一種已知發生在分子水平的過程，但以前從未曾在整個細胞或生物體的規模上觀察到。
團隊進一步的實驗表明，將 12 組 Xenobot 放置在大約 60,000 個細胞的培養皿中，似乎可以協同工作，繁殖到一或兩個新世代。平均而言，每一輪複製都會產生略細的 Xenobot 後代。 最終，少於 50 個細胞的後代會失去移動和繁殖的能力。
為了創造更多代的 Xenobot ，團隊以人工智能測試了數十億種形狀，以使 Xenobot 的動力複製更有效，最終找到類似「食鬼 (Pac-Man) 」的 C 形 Xenobot 能夠在培養皿中更有效找到微小的幹細胞，將之聚集在剪口內，並最多可繁殖出 4 代機械人。
這是第一次發現多細胞生物以不涉及生物體自身生長的方式進行自我複製。研究亦表明，生命可以通過一種以前未知的方式進行自我複製。
Xenobot 仍是非常早期的技術，暫無任何實際應用用途。然而，團隊表示這種分子生物學和人工智能的結合可能會被用包括收集海洋中的微膠粒和解決外傷、先天缺陷、癌症及對抗衰老的再生醫學等。團隊亦希望 Xenobot 可用以研究地球上最早的生物是如何繁殖。
團隊強調， Xenobot 在實驗室的掌控之下，而且因為其生物性質，很容易受團隊進行調整或進行生物分解，而且也有倫理學家在持續監控研究。
來源：
CNN, World's first living robots can now reproduce, scientists say, 29 November 2021
New Scientist, Living robots made from frog cells can replicate themselves in a dish, 29 November 2021
報告：
Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M. & Bongard, J. (2021). Kinematic self-replication in reconfigurable organisms. PNAS Dec 2021, 118 (49) e2112672118. DOI: 10.1073/pnas.2112672118
文／Alan Chiu