Sogenannte "Xenobots" könnten traditionelle Metall- oder Kunststoffroboter ersetzen, ohne den Planeten zu verschmutzen, werfen jedoch mehrere ethische Fragen auf.
Es handelt sich um Xenobots, "lebende Maschinen" mit Froschstammzellen in einer neuen Konfiguration, die von einem Computeralgorithmus entwickelt wurde.
Foto von: (Kriegman et al., PNAS, 2020).
Im Labor von Michael Levin An der Tufts University können Zellen erwarten, sich in einem ungewöhnlichen Unternehmen zu befinden.
Lebende Maschinen, die Frankensteins der Moderne
Hier nähern sich Froschhautvorläufer Zellen, die in einem anderen Leben den Herzschlag einer Amphibie hätten unterstützen können. Sie sind vollkommene Fremde: biologische Einheiten, die bis zu diesem Zeitpunkt keine Geschäftsbeziehungen hatten. Dennoch stellten Levin und seine Kollegen fest, dass Hautzellen und Herzzellen in die Koaleszenz gebracht werden können. Seite an Seite organisieren sie sich selbst in komplizierten dreidimensionalen Mosaiken von Froschzellen, die keine Frösche sind.
Diese lebenden Roboter, Herz-Haut-Hybriden von der Größe eines Sandkorns, wurden von einem Computeralgorithmus entworfen und von Menschenhand chirurgisch modelliert. Sie sehen aus wie nichts in der Natur.
Die Aufgaben, die sie ausführen, sind jedoch seltsamerweise bekannt: Ohne externe Eingaben können sie sich auf Petrischalen bewegen, mikroskopisch kleine Objekte hin und her schieben und sich nach dem Schneiden sogar "anpassen".
Levin definiert diese Zellgruppen auch zu Recht als "neue Lebensformen": Sie sind keine Organismen oder Maschinen, sondern vielleicht irgendwo dazwischen.
Zu Ehren von "Xenobot" genannt Xenopus laevisDie afrikanischen Frösche, von denen sie ihre Zellen ableiten, haben ein enormes Potenzial, die Regeln aufzudecken, die bestimmen, wie Ziegelsteine des Lebens zusammengesetzt werden.
Mit vielen zusätzlichen Anpassungen könnte die Xenobot-Technologie eines Tages auch genutzt werden, um Medikamente im Körper zu verteilen, Umweltschadstoffe zu sammeln und vieles mehr. Levin und seine Kollegen schreiben es heute in der Zeitschrift Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern könnten die lebenden und selbstheilenden Xenoboter der Zukunft diese Unternehmungen theoretisch durchführen, ohne den Planeten zu verschmutzen, und sich im Schadensfall selbst reparieren.
Da sich Kunststoffe und andere schwer abbaubare Polymere weiterhin in der Umwelt ansammeln, "Der unglaublich innovative Ansatz" angeboten von Xenobots "Es könnte wirklich wichtig für die Nachhaltigkeit sein"sagt er Tara Dekane, ein biomedizinischer Ingenieur und synthetischer Biologe an der Universität von Utah.
Xenobots werfen aber auch eine Reihe ethischer Fragen auf
Vielleicht klingt es ein bisschen apokalyptisch, aber wenn es schlecht wird, brauchen Menschen möglicherweise Schutz vor diesen und anderen künstlichen Lebensformen. "Wenn Sie Leben schaffen, haben Sie keine gute Vorstellung davon, in welche Richtung es gehen wird", sagt Nita Farahany, der die ethischen Implikationen neuer Technologien an der Duke University untersucht. "Wann immer wir versuchen, das Leben auszunutzen", sagt er, "sollten wir erkennen, dass es auch schlecht enden kann."
In den letzten Jahrzehnten hat die Menschheit unglaubliche Fortschritte in der Robotik gemacht. Maschinen können jetzt schwierige Brettspiele meistern und in schwierigem Gelände navigieren. Sie können selbst als autonome Fahrzeuge fahren und Überlebende von Katastrophen suchen. Aber selbst in ihren kreativsten Konfigurationen können Metalle und Kunststoffe den Zellen einfach nicht gerecht werden.
Biologische Systeme: viel weiter fortgeschritten als mechanische Roboter
"Biologische Systeme sind der Neid der Robotik"sagt er Levin. „Sie sind anpassungsfähig, flexibel und reparieren sich selbst. Es gibt keine Roboter auf der Welt, die dazu wirklich in der Lage sind. "
Aus diesem Grund haben Levin und seine Kollegen beschlossen, eine zu machen. Zusammen mit Robotik-Experten Sam Kriegmann e Josh Bongard von der University of Vermont bat einen Computeralgorithmus, eine Reihe lebender Maschinen zu entwerfen, wobei Froschhaut und Herzzellen als Rohmaterial verwendet wurden. Der Algorithmus wurde trainiert, um jeden Xenobot für eine andere Grundfunktion zu optimieren, z. B. das Hin- und Herbewegen oder das Manipulieren von Objekten.
Nach dem Testen verschiedener Konfigurationen wählt der Algorithmus die digitalen Projekte aus, die er für die jeweilige Aufgabe als am besten geeignet erachtet. Die Forscher versuchen dann, diese Entwürfe in Levins Labor nachzubilden.
Foto von: (Kriegman et al., PNAS, 2020)
"Zellen mögen es zusammen zu sein"
Selbst nachdem sie von Froschembryonen abgekratzt und in einer mit Flüssigkeit gefüllten Scheibe in Stücke gerissen wurden, laufen Haut und Herzzellen zusammen. "Zellen lieben es zusammen zu sein", sagt Levin. Er ist der Mikrochirurg, der die neugeborenen lebenden Roboter in die vom Computer festgelegten Formen gebracht hat.
Alle Zutaten in den Xenobots stammen von einem authentischen Frosch, aber in den endgültigen Formen, die sie angenommen haben, ist nichts Amphibisches. Einige haben sich in unzusammenhängende Formen verwandelt. andere haben die Form von hohlen prismenartigen Strukturen angenommen. Den Robotern fehlten Gliedmaßen, Skelette und Nervensysteme. Aber sie konnten die Aufgaben, für die sie entwickelt wurden, leicht bewältigen.
Ohne Mund oder Verdauungssystem werden sie ausschließlich von den embryonalen Eigelbstücken gefüttert, mit denen sie "zusammengesetzt" wurden. Deshalb sterben sie nach ungefähr einer Woche, wenn diese Kulturflüssigkeit austrocknet, sagt Bongard. Aber er und seine Kollegen glauben, dass Roboter eines Tages verwendet werden könnten, um Drogen in den menschlichen Körper zu transportieren oder Plaque aus den Arterien zu kratzen. In die Umwelt freigesetzt, könnten sie Toxine überwachen oder Mikroplastik aus den Ozeanen auslöschen.
Das Team experimentiert bereits mit verschiedenen Zelltypen für verschiedene Funktionstypen. Die Xenobots scheinen auch in der Lage zu sein, neue Versionen von sich selbst zu erstellen und einzelne Zellen zusammenzufügen, bis sie zu verschmelzen beginnen, sagt Levin. Sie sind auch resistent: Einmal gebrochen, reparieren die Roboter einfach ihre Wunden und fahren fort.
Und jetzt die unvermeidlichen Probleme und einige ethische Zweifel
Diese Technologie könnte viel Gutes bringen, aber es ist auch wichtig, potenzielle Risiken zu berücksichtigen. Dies wird auch angegeben Susan Anderson, Philosoph und Experte für Maschinenethik an der University of Connecticut. In den falschen Händen könnte die Kraft von Xenobots leicht als biologische Waffe genutzt werden. Es würde eher Gifte als Medikamente in den Körper der Menschen befördern.
Menschen haben bereits bastelte an den Rezepten des Lebens. In den letzten Jahren haben Bioingenieure Zellen neu programmiert, um lebensrettende Medikamente zu produzieren, Genome in ihren niedrigsten Zustand zu bringen und Tiere mit anderen Tieren (oder mit menschlichen Zellen) zu hybridisieren.
Aber vielzellige Lebensformen, die von Grund auf neu synthetisiert wurden, sind immer noch rar gesät. Auch warum ein Großteil der biologischen Entwicklung ein Rätsel bleibt. Die Forscher sind sich beispielsweise immer noch nicht sicher, wie sich Gewebe, Organe und Gliedmaßen manifestieren.
Das Studium von Xenobots könnte sicherlich dazu beitragen, diesen Entwicklungscode zu knacken. Aber um dorthin zu gelangen, müssen Wissenschaftler zuerst experimentieren. Beherrschung von Techniken und Technologien, die sie nicht vollständig verstehen. Beginnend mit dem Algorithmus für maschinelles Lernen, der diese Lebensformen entwirft.
Bongard und seine Kollegen erkennen die Delikatesse ihrer Arbeit. "Das ethische Problem in Bezug auf dieses Problem ist nicht trivial."sagt der Gelehrte. Obwohl die Forscher noch keine Bioethiker zu ihrer Forschung gebracht haben, „Ist etwas, was wir tun müssen. Es ist nützlich im Zusammenhang mit der Diskussion darüber, was mit dieser Technologie zu tun ist. "er addiert. Zunächst jedoch "Wir wollten nur zeigen, dass dies möglich ist".
