现在，一组科学家重新利用了从青蛙胚胎中提取的活细胞，并将它们组装成全新的生命形式。这些毫米宽的“异种机器人”可以向目标移动，也许可以捡起有效载荷(比如需要被带到病人体内特定部位的药物)，并在被割伤后自愈。

“这些都是新颖的活机器，”佛蒙特大学的计算机科学家和机器人专家约书亚·邦加德(Joshua Bongard)说，他是这项新研究的共同负责人。“它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。这是一种新的人工制品:一种活的、可编程的有机体。”

这些新生物是在UVM的一台超级计算机上设计出来的，然后由塔夫茨大学的生物学家进行组装和测试。塔夫茨大学再生与发育生物学中心主任迈克尔·莱文(Michael Levin)说:“我们可以想象这些活机器人的许多有用的应用，这些应用是其他机器无法做到的，比如搜索有害化合物或放射性污染，收集海洋中的微塑料，在动脉中移动以清除斑块。”亚搏app下载安装

这项新研究的结果发表在1月13日的《科学》杂志上美国国家科学院院刊．

定制生活系统

至少从农业诞生之初，人们就开始为人类利益操纵生物，基因编辑正变得越来越普遍，在过去几年里，人们已经人工组装了一些人造生物——复制了已知动物的体型。

但这项研究，有史以来第一次，“从头开始设计完全的生物机器，”研究小组在他们的新研究中写道。

在UVM佛蒙特州高级计算核心的深绿色超级计算机集群上，该团队(包括主要作者和博士生Sam Kriegman)花费了数月的处理时间，使用一种进化算法为新生命形式创建了数千种候选设计。为了完成科学家们指定的任务——比如朝一个方向运动——计算机会一遍又一遍地将几百个模拟细胞重新组装成无数种形式和身体形状。随着程序的运行——由单个青蛙皮肤和心脏细胞所能做的生物物理学基本规则驱动——更成功的模拟生物体被保留和完善，而失败的设计则被抛弃。在对算法进行了一百次独立运行后，选择了最有希望的设计进行测试。

然后，由莱文领导的塔夫茨大学的团队，在显微外科医生道格拉斯·布莱克斯顿的关键工作下，将这些计算机设计转化为现实。首先，他们从非洲青蛙的胚胎中收集干细胞非洲爪蟾蜍光滑的．(因此被称为“异种机器人”)这些细胞被分离成单细胞并留下孵育。然后，使用微小的镊子和更小的电极，在显微镜下切割并连接细胞，使其与计算机指定的设计非常接近。

这些细胞组装成自然界从未见过的身体形态，开始协同工作。皮肤细胞形成了一个更被动的结构，而心脏肌肉细胞曾经的随机收缩在计算机设计的指导下，在自发的自组织模式的帮助下，开始工作，创造出有序的向前运动——允许机器人自己移动。

这些可重构的生物被证明能够以一种连贯的方式移动，并在胚胎能量储存的驱动下探索其水环境数天或数周。然而，翻转过来，它们失败了，就像甲虫翻个身一样。

后来的测试表明，成群的异种机器人会自发地、集体地绕圈移动，把小球推到一个中心位置。另一些则在中心打了一个洞，以减少阻力。在这些的模拟版本中，科学家们能够将这个洞重新用作袋子来成功地携带物体。弗吉尼亚大学计算机科学和复杂系统中心的教授邦加德说:“这是使用计算机设计的生物体进行智能药物输送的一步。”

生活的技术

许多技术都是由钢、混凝土或塑料制成的。这可以使它们强壮或灵活。但它们也会造成生态和人类健康问题，比如海洋中日益严重的塑料污染，以及许多合成材料和电子产品的毒性。“活体组织的缺点是它很脆弱，而且会降解，”邦加德说。“这就是我们使用钢铁的原因。但生物体有45亿年的自我再生实践，而且这种实践还会持续几十年。”当它们停止工作——死亡——它们通常会无害地分解。“这些异种机器人是完全可生物降解的，”邦加德说，“当它们完成任务七天后，它们就变成了死皮细胞。”

你的笔记本电脑是一项强大的技术。但是试着把它切成两半。效果不太好。在新的实验中，科学家们切开异种机器人，观察发生了什么。邦加德说:“我们把机器人几乎切成两半，它把自己缝起来，继续前进。”“这是你用普通机器做不到的。”

破解密码

莱文和邦加德都表示，他们所了解的细胞如何沟通和连接的潜力将深入到计算科学和我们对生命的理解中。莱文说:“生物学中的一个大问题是理解决定形亚搏app下载安装状和功能的算法。”“基因组对蛋白质进行编码，但这种硬件如何使细胞在不同的条件下合作，形成功能性解剖结构，还有待于我们的发现。”

为了使生物体发育并发挥作用，大量的信息共享和合作——有机计算——每时每刻都在细胞内部和细胞之间进行，而不仅仅是在神经元内部。这些突现和几何特性是由生物电、生物化学和生物力学过程塑造的，“这些过程在dna指定的硬件上运行，”莱文说，“这些过程是可重构的，从而形成了新的生命形式。”

科学家们在他们的新杂志上看到了这项工作PNAS研究——“设计可重构生物体的可扩展管道”——作为将这种生物电代码的见解应用于生物学和计算机科学的一步。亚搏app下载安装"到底是什么决定了解剖结构中哪些细胞会合作"莱文问道。“你看看我们用来构建异种机器人的细胞，从基因上讲，它们是青蛙。这是100%青蛙的DNA——但这些不是青蛙。然后你会问，这些细胞还能制造什么?”

莱文说:“正如我们所展示的，这些青蛙细胞可以被诱导成有趣的生命形式，与它们默认的解剖结构完全不同。”在DARPA的终身学习机器项目和美国国家科学基金会的支持下，他和UVM和塔夫茨大学团队的其他科学家相信，建造xenobots是破解他所谓的“形态发生密码”的一小步，为生物体的整体组织方式提供了更深入的视角，以及它们如何根据历史和环境计算和存储信息。

未来的冲击

许多人担心快速的技术变革和复杂的生物操作所带来的影响。“这种担心并非没有道理，”莱文说。“当我们开始摆弄我们不了解的复杂系统时，就会产生意想不到的后果。”许多复杂的系统，比如蚁群，都是从一个简单的单位开始的——蚂蚁——从这个单位开始，我们不可能预测它们群体的形状，也不可能预测它们如何用彼此相连的身体在水上架桥。

莱文说:“如果人类要在未来生存下去，我们需要更好地理解复杂的特性是如何以某种方式从简单的规则中产生的。”很多科学都集中在“控制低级规则”上。我们还需要理解高层规则。”“如果你想要一个有两个烟囱而不是一个烟囱的蚁丘，你该如何改造蚂蚁?”我们不知道。”

莱文说:“我认为，对于社会来说，在结果非常复杂的情况下，更好地处理系统是绝对必要的。”“实现这一目标的第一步是探索:生命系统如何决定整体行为应该是什么，以及我们如何操纵各个部分来获得我们想要的行为?”

换句话说，莱文说:“这项研究直接有助于了解人们害怕什么，这是意想不到的后果。”无论是自动驾驶汽车的迅速到来，改变基因驱动以消灭整个病毒谱系，还是许多其他复杂的自主系统，这些系统将越来越多地塑造人类的体验。

“生命中有与生俱来的创造力，”弗吉尼亚大学的乔希·邦加德说。“我们想更深入地了解这一点，以及如何引导和推动它走向新的形式。”