Xenobots: „Programmierbare Organismen“ vermehren sich eigenständig

Xenobots: „Programmierbare Organismen“ vermehren sich eigenständig

Die aus Froschzellen hergestellten und von KI designten Xenobots haben eine ungewöhnliche Art der Vermehrung entdeckt.

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Vor rund zwei Jahren stellte ein Team von Forschenden rund um den Biologen Michael Levin von der Tufts Universität Miniroboter aus Froschzellen vor: Die „Xenobots“ getauften Tiermaschinen bestehen in der zweiten Generation aus Stammzellen, die sich eigenständig zu einem kugelförmigen Körper zusammenfügen.

Der Körper kann sich über kleine Fortsätze innerhalb einer Petrischale fortbewegen und etwa Partikel zusammenschieben. Außerdem sollen sich die Zellkugeln eigenständig regenerieren und über Farbwechsel kollektiv Informationen verarbeiten können. Die Forschenden bezeichneten ihre Erfindung in der Vergangenheit auch als „programmierbare Organismen“.

Xenobots vermehren sich in der Petrischale

Die jetzt vorgestellten Xenobots 3.0 haben eine weitere Fähigkeit erlangt: Sie können sich eigenständig vermehren – und zwar auf eine ungewöhnliche Art. Innerhalb der Petrischale schieben sie Froschzellen zu Haufen zusammen. Aus diesen Zellhaufen entsteht dann innerhalb von rund fünf Tagen ein neuer Xenobot.

Entwickelt wurden die neueste Version Froschmaschinen von Forschenden der Universität Vermont, der Tufts Universität und des Wyss Instituts für Biologie an der Universität Harvard. Die Erfinder:innen vergleichen das Fortpflanzungsverhalten mit dem von Molekülen. Auch der Xenobot-Nachwuchs kann sich weiter vermehren, eine weitere Stimulation von außen soll nicht notwendig sein.

„Wir haben entdeckt, dass es diesen bisher unbekannten Raum innerhalb von Organismen oder lebenden Systemen gibt, und es ist ein riesiger Raum“, sagt Forschungsleiter Josh Bongard, Computerwissenschaftler an der Universität Vermont.

KI half bei der Formfindung

Mit KI-Simulationen testeten die Forschenden Milliarden verschiedene Formen der Xenobots, die sich für den oben beschriebenen kinematischen Fortpflanzungsvorgang eignen könnten. Die KI habe nach Monaten einige „seltsame Entwürfe“ vorgelegt, darunter letztlich die erfolgreiche Pac-Man-artige Version, die die Froschzellen in ihrem Maul sammelt, von dem aus neue Xenobots entstehen.

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Ein von der KI entworfener

Ein von der KI entworfener „Eltern“-Organismus (C-Form; rot) neben Stammzellen, die zu einer Kugel komprimiert wurden („Nachkommen“; grün). | Bild: Douglas Blackiston und Sam Kriegman

„Die Geschwindigkeit, mit der wir Lösungen entwickeln können, ist essenziell. Wenn wir Technologien entwickeln können, wie wir es bei den Xenobots gelernt haben, und der KI schnell sagen können: ‚Wir benötigen ein biologisches Werkzeug, das X und Y macht und Z unterdrückt‘, dann könnte das sehr nützlich sein. Heute dauert das sehr lange“, sagt Bongard.

Bei den Xenobots sei die Form letztlich die Programmierung: „Die Form beeinflusst, wie sich die Xenobots verhalten, um diesen unglaublich überraschenden Prozess zu verstärken.“

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Xenobots: Einsatz in der Medizin oder für den Umweltschutz

Die Forschenden stellen sich vor, dass verschiedenen Formen der Xenobots unterschiedliche Aufgaben übernehmen könnten, etwa für Menschen schwer zu erreichenden Schaltkreise reparieren, in Schwärmen Mikroplastik aus dem Meer sammeln oder durch die Blutbahn schwimmen, um gezielt Medikamente anzuwenden.

„Es sind viele Dinge möglich, wenn wir diese Art von Plastizität und die Fähigkeit der Zellen, Probleme zu lösen, nutzen“, sagt Bongard.

Miterfinder Michael Levin sieht die Xenobots als Lernplattform für eine neue Technologie, die zwar funktioniert, aber im Nutzen noch stark eingeschränkt ist – vergleichbar mit den ersten Computern.

„Wenn wir wüssten, wie wir Ansammlungen von Zellen dazu bringen können, das zu tun, was wir von ihnen wollen, dann wäre das letztlich die regenerative Medizin – die Lösung für traumatische Verletzungen, Geburtsfehler, Krebs und Alterung“, sagt Levin. Xenobots seien die Plattform, um diese Prozesse zu lernen. Finanziell unterstützt wurde die Forschungsarbeit unter anderem von der US-Militärbehörde DARPA.

Weiterlesen über Künstliche Intelligenz:

Quellen: Wyss ,UVM, Fachmagazin PNAS, Science Robotics 1

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