青蛙|机器人也能「造孩子」：全球首个活体机器人创生命繁衍新方式( 二 )

在非洲爪蟾蛙中，这些胚胎细胞会发育成皮肤。「它们将在蝌蚪的外面，阻挡病原体并重新分配粘液，」塔夫茨大学艾伦探索中心的生物学教授兼主任、新研究的共同负责人 Michael Levin 说。「但我们将它们置于一个新的环境中，让它们有机会重新想象自身的多细胞性（multicellularity）。」
事实证明，它们「想象」出来的东西与皮肤大相径庭。「在过去的很长一段时间，人类一直认为已经找到了生命繁殖或复制的所有方式，但这个方式是以前从未观察到的，」Douglas Blackiston 说。
「这些细胞具有青蛙的基因组，但它们不会变成蝌蚪，而是利用它们的集体智慧和自身的可塑性，实现了一些令人震惊的事情。」在早期的实验中，科学家们惊讶于 Xenobots 可以按照设计去完成简单的任务。现在，他们惊讶于这些由计算机设计的生物体会自发地复制。「我们拥有完整的、未改变的青蛙基因组，」Levin 说，「但我们并没有从中读出这些细胞可以共同完成这项新任务（将游离的细胞聚在一起并复制出下一代）。」
「这些青蛙细胞的复制方式与青蛙体内细胞的复制方式大不相同。科学上已知的任何动物或植物都不会以这种方式复制，」新研究的主要作者、刚刚获得博士学位的 Sam Kriegman 说。
由大约 3000 个细胞组成的 Xenobot 母体自身形成了一个球体。「它们可以繁殖，但之后系统通常会消亡。实际上，让系统持续繁殖是非常困难的，」Kriegman 说。但借助在超级计算机集群上运行的 AI 程序，进化算法能够在模拟环境中测试数十亿种体型，比如三角形、正方形、金字塔、海星，用来找到在基于运动的「运动学」复制中更有效的细胞。
「我们发现生物体或生命系统内存在一个此前未知的空间，这是一个广阔的空间，」佛蒙特大学工程与数学科学学院的教授 Bongard 说。「我们如何去探索那个空间？我们发现了会行走的 Xenobots，我们发现了会游泳的 Xenobots。在这项研究中，我们发现了可以自我复制的 Xenobots。今后还会有什么？」
或许正如科学家们在《美国国家科学院院刊》研究中所写的那样：「生命在表面之下隐藏着令人惊讶的行为，等待被发现。」
图 1: 自发的运动学的自我复制。
如上图所示，复制过程包括：
从早期青蛙囊胚中取出干细胞，将其解离并置于盐水溶液中（A），在那里它们凝聚成包含约 3000 个细胞的球体。球体在 3 天后在其外表面上形成纤毛。当产生的成熟细胞群被放置在直径 60 毫米的圆盘（B）中的约 60000 个分离的干细胞中时，它们的集体运动会将一些细胞推到一起成堆（C 和 D），如果这个堆足够大（至少 50 个细胞），即可发育成能够游走的纤毛后代（E），如果提供额外的分离干细胞（F)，即可建立额外的后代。简而言之，祖先（p）构建了后代（o），然后后代亦成为祖先。这个过程可以通过扣出额外的解离细胞来中断。在目前已知的环境条件下，系统至多自然进行两轮自我复制。停止 (α) 或复制 (1α) 的概率取决于适合青蛙胚胎的温度范围、解离细胞的浓度、成熟生物的数量和随机行为、溶液的粘度、培养皿的表面，以及污染概率。（比例尺 500μm）。
机遇与风险
与其他已知的生物繁殖形式相比，基于运动学的自我复制使得显著扩大和缩小每一代的后代变得有可能。这表明，生物体或许能够学会自动设计，以产生不同大小、形状和有用行为的后代，而不仅仅是数量意义上的自我复制。
【青蛙|机器人也能「造孩子」：全球首个活体机器人创生命繁衍新方式】一部分人会觉得这项研究结果令人振奋，一部分人可能会对生物自我复制技术的概念感到担忧甚至恐惧。但对于科学家团队来说，下一步的目标是更深入的了解。