Сэм Кригман и Дуглас Блэкистон
В понедельник ученые объявили, что они оптимизировали способ получения мобильных кластеров ячеек для организации других ячеек в более мелкие кластеры, которые при правильных условиях могли бы сами быть мобильными. Исследователи называют этот процесс «кинематической самовоспроизведением», хотя это не совсем верно – копии нуждаются в помощи людей, чтобы начать движение самостоятельно, они меньше оригиналов, и процесс копирования останавливается всего через пару секунд. циклы.
Так что, конечно же, CNN озаглавил свое сообщение «Первые в мире живые роботы теперь могут воспроизводиться».
Это тот случай, когда происходит что-то действительно интересное, но и ученые, и некоторые из тех, кто освещает разработки, продвигают это гораздо больше, чем есть на самом деле. Итак, давайте посмотрим, что на самом деле сделано.
Мобильные шары ячеек
Весь процесс начинается с выделения эмбриональных клеток из лягушачьего яйца. Среди множества интересных свойств ячеек два актуальны для данной работы. Во-первых, эти клетки прилипают друг к другу. Если вы оставите их скопление в посуде для культивирования, они сойдутся в шар. Вы даже можете полностью отделить их и оставить коллекцию в культуре, и таким образом они слипнутся и образуют клубок клеток.
Вторая важная особенность клеток заключается в том, что они самоорганизуются, так что внешние клетки имеют нитевидные выступы, называемые ресничками. Они вращаются по кругу, отталкиваясь от окружающей жидкости культуральной среды. Со временем соседние клетки координируют свои реснички так, что, в конце концов, весь клубок клеток будет синхронно вращать свои реснички.
И этого достаточно, чтобы начать движение всего шара ячеек – для простоты мы будем называть эти мобильные шары ячеек или MBC. MBC без каких-либо препятствий проведет круговой путь в чашке для культивирования и будет продолжать это делать до двух недель, прежде чем разрядится. Это «живые роботы» из заголовка CNN. Они тоже не новы; та же исследовательская группа описала их в своей статье еще в марте.
Новым является то, что исследователи поместили в чашку с МБК коллекцию диссоциированных клеток. И, когда MBC вращались по кругу, они создали кластер ячеек в центре круга, который они проследили (представьте путь мобильного шара ячеек как бублик – клетки образуют кучу в отверстии бублика). И поскольку эти рыхлые клетки естественным образом прилипают друг к другу, из них начинает формироваться новый кластер.
Сами по себе новые кластеры были слишком малы, чтобы делать что-либо много. Но исследователи смогли вытащить их из этой чашки и поместить в новую с плотным запасом дополнительных клеток. Небольшие кластеры будут расти за счет включения некоторых из этих дополнительных ячеек и в конечном итоге достигнут точки, где они тоже станут мобильными.
Слишком мини-я
Проблема с этим процессом в том, что он неэффективен. Второе поколение MBC было меньше первого и обведено меньшим кругом. В лучшем случае у вас может быть два поколения потомков MBC, прежде чем весь процесс застопорится. Итак, это не особенно точные или эффективные репликаторы.
В новой работе были рассмотрены способы оптимизации этого за счет изменения формы исходных MBC. Но хирургическое изменение MBC – сложная работа, и затем потребуется несколько недель в чашках для культивирования, подверженных заражению, чтобы увидеть, как он себя ведет. Будучи изначально ленивыми, исследователи решили смоделировать свое поведение с помощью компьютеров, реализовав эволюционный алгоритм, который создавал вариации форм, которые затем проверялись на их способность собирать клетки с помощью физического симулятора.
(К сожалению, исследователь из Департамента компьютерных наук, участвовавший в работе, сказал CNN, что эта комбинация алгоритма и моделирования – это ИИ. Если ученые хотят, чтобы общественность лучше понимала, что они делают, было бы полезно, если бы они на самом деле предоставил общественности достоверную информацию.)
Поскольку наиболее эффективная репликация начинается с накопления большого количества ячеек, алгоритм, по сути, обнаружил формы MBC, которые делают это наиболее эффективно. Решение, которое придумала модель, оказалось полутороидом.
Их создание потребовало от исследователей хирургического вмешательства на MBC, вырезания выемки на одной стороне шара после того, как он был прижат к диску, а затем его распрямления. Но результаты были впечатляющими: некоторые из МБК в форме полумесяца могли дать потомство, которое могло прожить еще три поколения, прежде чем процесс потерпел неудачу. Но опять же, это было не совсем самовоспроизведение, поскольку последующие поколения не приняли бы форму полумесяца без хирургического вмешательства.
