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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 。
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「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 。 」
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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 (1 ? α) 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) 。
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