生命若要继续，就必须繁衍。数十亿年来，生物体进化出多种自我复制和繁殖方式，从病毒自我复制到植物发芽，再到动物有性繁殖。

2020年，HBO推出了一部名为《大灾难》的电视剧，讲述了一个机器人怀孕生子的故事，震惊了观众。

现在，一项新研究表明，“机器人分娩”并非幻想。科学家们发现了一种新的生物繁殖形式，并创造了自我复制的活体机器人。

2021年3月31日，塔夫茨大学艾伦探索中心主任迈克尔莱文教授团队在Science旗下期刊Science Robotics上发表了题为：A cell platform for the development ofsynthetic living machine的研究论文。

在这项研究中，研究团队利用非洲爪蟾细胞制造了小型合成活体机器（Synthetics Living Machines），并将它们命名为 Xenobots。

它们可以由单个细胞自组装，它们可以在没有肌肉细胞的不同环境中快速移动，推动有效载荷，它们还可以记住自己的经历，它们在受到损坏时可以自我修复，并表现出群体行为。


2021 年 11 月 29 日，研究团队在美国国家科学院院刊 (PNAS) 上发表了题为《可重构生物体中的运动学自我复制》的研究论文。

研究团队将之前创造的小型合成活体机器（Synthetics Living Machines）更进一步，创造了第一批可以自我复制的活体机器人。



异种机器人的诞生

研究小组从异种机器人胚胎中提取干细胞，使它们自组装并长成球形。几天后，一些细胞分化产生纤毛，这些纤毛就像腿，可以帮助球形Xenobots 动作很快。

该研究的通讯作者、塔夫茨大学艾伦发现中心主任迈克尔·莱文教授表示，这项研究让我们见证了细胞团非凡的可塑性。虽然它们的基因组完全正常，但它们可以形成一个几乎全新的“物体”，与它们最初来自的非洲爪蟾完全不同。

这些细胞可以重新利用它们的基因编码纤毛进行新的功能运动。令人惊讶的是，这些细胞可以承担新的角色，并自发地创造新的身体计划和行为。不需要对这些特征进行长期的进化选择。

当非洲爪蟾细胞组装成异种机器人时，它们可以在表面纤毛的帮助下以协调的方式移动。他们可以接受手术、遗传、化学和光学刺激。异种机器人可以在水中操纵，受伤后可以自愈，并表现出可预测的集体行为。

该研究的第一作者 Douglas Blackiston 博士表示，在某种程度上，这款 Xenobots 机器人在结构上与传统机器人相似，只是 Xenobots 使用细胞和组织来构建和创造可预测的行为。这项研究还有助于了解细胞在发育过程中如何相互作用以及如何更好地控制这些相互作用。

该研究的共同第一作者 Douglas Blackiston（左）、Emma Lederer（右）

接下来，研究团队使用计算机来模拟 Xenobots 的个人和集体行为。这些模拟发现 Xenobots 擅长团队协作。

用来清理垃圾

研究小组在覆盖有氧化铁颗粒的培养皿中培养了异种机器人。 Xenobots可以一起清扫培养皿表面，迅速收集大量氧化铁颗粒，这表明Xenobots可以通过群体行为来清理垃圾。


研究小组表示，虽然 Xenobots 只能做一些简单的任务，但最终目标是开发一种有用的新生命机器，比如清理海洋中的微塑料或土壤中的污染物。

可以记录信息

研究团队将Xenobots注入Xenobots胚胎细胞编码 EosFP 蛋白的 mRNA 发出绿色荧光，但当暴露于波长为 390 nm 的蓝光时，该蛋白质发出红光。因此，成熟的 Xenobots 有一个内置的荧光开关，可以记录暴露在蓝光下的情况。

为了验证这个功能，研究团队在一个直径为 5 厘米的培养皿表面放置了 10 个 Xenobot。在培养皿中，用蓝光照射直径为 7mm 的区域。 2小时后，3台Xenobot发出的红光消失，其余保持原来的绿色，这表明3台机器人在蓝光下移动，有效记录了他们的“旅行经历”。


研究小组表示，Xenobots 的这种分子记忆可用于检测放射性污染物、化学污染物或药物、疾病状况等的存在。

生物机器人的优势

研究小组表示，与金属和塑料机器人相比，这款 Xenobots 机器人具有许多优势。例如，随着细胞的生长和成熟，他们可以建立自己的身体计划。 , 并且在损坏时可以自行修复。这种自我修复是生物体的自然特征，并保存在异种机器人中。

这些生物机器人中的细胞还可以吸收和分解化学物质，像微型工厂一样工作，合成和排放化学物质和蛋白质。此外，您可以通过计算机模拟为他们设计更复杂的行为，让他们执行更复杂的任务。

实现自我复制

上述Xenobots机器人有一个缺点，就是不能自我复制。因此，研究团队继续研究，希望能突破这一点。

研究团队使用在佛蒙特大学的超级计算机上运行的人工智能程序进行模拟测试。通过测试数十亿种生物的进化算法，他们发现了哪种细胞配置可以自我复制。最终，AI 发现了一个成功的设计：一组形状像 1980 年代街机游戏吃豆人的细胞。

研究团队利用 AI 的设计方案，用微型烙铁和手术钳手工雕刻了 Xenobots 的母体。它由3000个青蛙细胞组成，可以在培养皿中游泳。随后，添加到培养皿中的青蛙细胞为异种机器人的母亲提供了原材料，他们使用了这些材料预计将在“嘴巴”中创造出吃豆人形状的异形宝宝。

几天后，Xenobabies 已经成长为一个新的 Xenobot，其外观和动作与母体相同。这些新的异种机器人将继续出去寻找细胞，建立自己的副本，然后来回走动。


这项研究表明，如果这种细胞簇从发育中的生物体中解放出来，就会发现松散的细胞并组合成具有相同外观和行为的新细胞簇。这种能力不必通过基因操作专门进化或引入。这也表明人工智能可以设计更好的复制集群并执行有用的工作。这也表明，生命在表面之下隐藏着令人惊讶的行为，仍在等待人类发现。

研究小组表示，从这项研究中，他们看到了再生医学取得进展的希望。如果我们知道如何告诉细胞集合做我们想让它们做的事情，它将成为再生医学的解决方案，包括创伤、先天缺陷、癌症和衰老。