Xenoboti jsou první umělý život, který se umí sám replikovat

Američtí vědci před rokem vytvořili biologické stroje z žabích buněk. Teď je naučili, aby se tito bioroboti začali sami rozmnožovat. Ve vývoji pomohla pokročilá umělá inteligence.

Jednou ze základních vlastností života je, že se musí rozmnožovat. Během miliard let se vyvinulo mnoho způsobů replikace organismů, od pučících rostlin přes pohlavní živočichy až po útočící viry. Teď ale vědci objevili zcela novou formu biologické reprodukce –⁠ a svůj objev použili k vytvoření vůbec prvních samoreplikujících se živých robotů.

Stejný tým, který před rokem sestrojil první živé roboty neboli xenoboty, zjistil, že tyto počítačem navržené a ručně sestavené organismy mohou vplout do sousední misky, najít tam jednotlivé buňky, shromáždit jich stovky a sestavit pak malé xenoboty uvnitř svých „úst“. Celé to vypadá, jako když ve videohře Pac-Man požírá kuličku. O několik dní později se z nich stanou noví xenoboti, kteří vypadají a pohybují se stejně jako oni sami.

A tito noví xenoboti pak mohou vyrazit ven, najít další buňky a vytvořit z nich své další kopie. Tento proces tak může pokračovat znovu a znovu, pořád dokola. „Pokud je správně navrhneme, pak se budou opravdu samoreplikovat,“ popsal proces Joshua Bongard, počítačový vědec a odborník na robotiku z Vermontské univerzity, který se na vytvoření xenobotů a jejich úpravě podílel. Se svými kolegy výsledky experimentu popsal koncem listopadu 2021 v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

Cesta do neznáma

U žáby drápatky vodní by se z těchto embryonálních buněk vyvinula kůže. „Buňky by se rozmístily na vnější straně pulce, kde by ho chránily před patogeny a byly by zodpovědné za rovnoměrné rozprostření ochranného hlenu,“ popisuje biolog Michael Levin, který byl jedním z hlavních autorů xenobotů. „Ale my ty buňky umísťujeme do nového kontextu. Dáváme jim šanci znovu si představit jejich mnohobuněčnost.“

Místo buněk kůže vznikají zcela noví xenoboti. „Lidé si poměrně dlouho mysleli, že jsme už přišli na všechny způsoby, jak se život může rozmnožovat nebo replikovat. Ale tohle je něco, co nikdy nikdo předtím nepozoroval,“ říká spoluautor Douglas Blackiston, který sestavil „rodiče“ xenobotů a vypracoval biologickou část nové studie.

„Tyto buňky sice mají genom žáby, ale osvobodili jsme je od toho, aby se z nich staly pulci. Teď používají svou kolektivní inteligenci, plasticitu, k něčemu zcela ohromujícímu,“ říká Levin. Už v dřívějších experimentech vědce překvapilo, že xenoboty lze snadno navrhnout tak, aby plnili jednoduché úkoly. A teď jsou zaskočení tím, že se tyto biologické objekty –⁠ počítačem navržené soubory buněk –⁠ samovolně replikují. „Máme k dispozici úplný, nezměněný žabí genom,“ přibližuje Levin, „ale ten nijak nenaznačoval, že tyto buňky mohou spolupracovat na tomto novém úkolu,“ tedy shromáždit a následně stlačit oddělené buňky do fungujících kopií sebe sama.

„Jedná se o žabí buňky, které se rozmnožují způsobem, který je velmi odlišný od toho, jak to dělají žáby. Žádný z vědě známých živočichů ani rostlin se tímto způsobem nereplikuje,“ vysvětluje Sam Kriegman, hlavní autor nové studie, který pracuje na Harvardově univerzitě.
První generace xenobotů tyto schopnosti neměla, tvar jejich těla to neumožňoval. Vědci ale pomocí algoritmů označovaných zjednodušeně jako umělá inteligence spočítali miliony možností, jak by mohlo tělo xenobota vypadat –⁠ nakonec se ukázala jako nejvhodnější právě podoba připomínající videoherního Pac-Mana.

Xenoboti sice dokázali vytvářet své kopie už dříve, ale ty se většinou rychle rozpadaly a nikdy nebyly schopné vytvářet své vlastní kopie. To se teď změnilo –⁠ umělý život je nyní schopen kopírovat sám sebe a pokračovat. 

Co jsou xenoboti

Vědci poprvé představili své xenoboty v lednu 2020 –⁠ nebýt tehdy začínající koronavirové pandemie, mluvilo by se o nich zřejmě mnohem víc. Američtí vědci tehdy oznámili, že vytvořili první biologické stroje. Z buněk drápatky vodní postavili miniaturní roboty, kteří jsou schopní samostatného pohybu. Vzniklo rovnou několik variant, nejúspěšnější byla dvounohá verze s končetinami na hrudi.

Výzkumníci dokonce vytvořili i prototyp, který měl uprostřed těla otvor, v němž byl schopný transportovat miniaturní náklad.

„Jedná se o úplně nové formy života, které na Zemi nikdy předtím neexistovaly,“ uvedl tehdy Levin. „Jsou to živoucí programovatelné organismy,“ dodal.

Experti na robotiku pracují nejčastěji s kovy a plasty – dá se s nimi precizně manipulovat a také jsou tyto materiály pevné a odolné. Levinův tým ale vidí výhody biologické tkáně, podle nich nad umělými materiály převažují. Například při poškození jsou schopné se samy léčit. A když splní svůj úkol, tak se rozpadnou, stejně jako se rozloží přirozené organismy.
Tyto vlastnosti předurčují budoucí verze těchto bio-strojů, aby byly nasazené například k čištění oceánů od mikroplastů v oceánech, k vyhledávání a požírání toxických materiálů nebo k dopravě léčiv po lidském těle. Možností je podle autorů výzkumu ale prakticky neomezené množství, zmiňují například i cílené odstraňování povlaků z povrchu cév.

„Je nemožné předvídat, jaké aplikace tu budou pro nové technologie, takže teď můžeme jenom hádat,“ komentoval budoucnost objevu Bongard.

Vytvořené biologické stroje jsou velice drobné; měří méně než jeden milimetr. Vyvinul je „evoluční algoritmus“, tedy specializovaný program, který běží na superpočítači. Nejprve vytvoří náhodné 3D konfigurace z pěti set až tisíce buněk.

Každý tento návrh se pak testuje ve virtuálním prostředí – tam zkouší, jaké jsou jejich pohybové schopnosti, jak fungují srdeční buňky nebo jak systém pracuje dohromady jako celek. S návrhy, které ve virtuální laboratoři uspějí nejlépe, pak program pracuje dál; právě od nich odvozuje další úpravy a nové vzory.

Superpočítač má obrovské výpočetní možnosti, takže je schopný takových návrhů vytvořit gigantické množství. Vědci ho nechali vytvořit sto generací těchto strojů, než pokročili do další fáze: přesun experimentu z prostředí virtuálního do reálné laboratoře.

Základem robotů se staly buňky ze žabí srdeční tkáně. Ty totiž mají schopnost spontánně se stahovat a zase uvolňovat – tím vlastně fungují jako miniaturní stroječky. Tento pohyb se dá využít k tomu, že se stroje mohou pohybovat, přinejmenším do doby, než jim dojdou zdroje energie. Té mají dostatek asi na týden.

V odborném žurnálu PNAS popsali, jak z buněk odebraných z embryí žáby drápatky vytvořili xenoboty. Pak je vypustili do nádob s vodou, kde sledovali, jak si laboratorně vyrobené stroje povedou. Některé se pokoušely pohybovat přímo, jiné se točily dokolečka, anebo dokonce společně s jinými.

„Jsou teď velice drobné, ale náš plán spočívá v tom nechat je vyrůst,“ uvedl Levin. Vědec věří, že nebude problém tyto organismy upravit tak, aby měly i cévy, základní nervový systém a senzorické buňky, které vytvoří jednoduché oči. Díky nim by měly být schopné vnímat okolní svět a také na něj reagovat – když se použijí buňky z embryí savců, mohl by organismus přežít i mimo vodu, na souši.

Etika výzkumu je pod dohledem

Sam Kriegman z Vermontské univerzity přiznává, že tato práce vyvolává řadu etických otázek. Zejména proto, že budoucí varianty budou mít nervový systém, a tedy i schopnost vnímat svět.

Čtyřnohý biorobot
Zdroj: uvm.edu

„Pro mne je důležité, že je výzkum veřejný, takže se o tom jako společnost můžeme bavit a politici se pak rozhodnou, jaká cesta je nejlepší,“ konstatoval vědec pro deník The Guardian. Že by xenoboti měli představovat hrozbu pro lidstvo, si nepřipouští: „Když se podíváte na video, je jen těžké se bát, že by nám tyhle stroje měly někdy v dohledné době vládnout,“ dodal.

Další obavy může vyvolávat fakt, že byl výzkum financován americkou armádou – konkrétně agenturou DARPA, která se snaží podporovat nejmodernější technologie v zájmu Spojených států.

Tato práce má ale i ambicióznější cíle: nechce jen vyrábět robůtky, ale chce pochopit samotný „software života“. „Když přemýšlíte o porodních defektech, rakovině, rakovině způsobené nemocemi – všechny tyto věci by se daly vyřešit, kdybychom věděli, jak vytvářet biologické struktury, a měli tedy kontrolu nad růstem různých forem,“ dodává Levin. 

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Míchají i fermentují. Bioboti z Brna by mohli pomáhat vařit pivo

Vědci z brněnského institutu CEITEC VUT vyvinuli mikroskopické roboty, kteří by v budoucnu mohli zrychlit výrobu piva i zjednodušit kontrolu kvality potravin. Jejich magneticky ovládaní bioboti totiž dokážou během kvašení sami promíchávat kapalinu, urychlovat fermentaci a po dokončení procesu se navíc sami oddělit od výsledného produktu. Výsledky vydal tým Martina Pumery v časopise ACS Nano.
před 13 hhodinami

Pyramidy přečkaly čtyři tisíce let zemětřesení. Vědci vysvětlili proč

Ani relativně silná zemětřesení z tohoto týdne nedokázala nijak poškodit egyptské pyramidy. Jejich odolnost vůči těmto ničivým jevům je nečekané silná, popsala nová studie.
včera v 09:00
Doporučujeme

AI poprvé vytvořila funkční viry. Vědci varují i uklidňují

Americkým bioinženýrům se podařilo poprvé naučit pokročilý model umělé inteligence (AI), aby navrhoval viry, které by se daly využít v medicíně. Úspěch ale vyvolává i kritiku, protože podobným způsobem by se daly vytvářet také viry schopné ohrozit rostliny, zvířata i lidi.
7. 8. 2026
Doporučujeme

Virtuální realita mění medicínu. Lékaři si otestují každý řez, říká český expert

Moderní technologie vstupují v současné době do medicíny rychleji než kdy dřív. V oboru chirurgie jater se kombinuje dokonce několik hi-tech přístupů současně: od umělé inteligence, přes virtuální realitu, až po augmentové vnímání světa. V pražském IKEMu má tuto technologickou revoluci na starost David Sibřina.
7. 8. 2026

V Kongu hrozí mutace eboly, obávají se virologové

Virus eboly, který v Kongu způsobuje jednu z nejhorších epidemií v historii, by mohl mutovat, varují zdravotníci. Afričtí odborníci proto plánují výrazně rozšířit zásah proti nákaze, včetně vyhledávání pacientů přímo v domácnostech. Počet potvrzených případů už překročil čtyři tisíce a podle úřadů jde o druhou největší epidemii eboly v historii.
7. 8. 2026

Pobyt u vodních ploch zvyšuje duševní pohodu, ukázala mezinárodní studie

Pobyt u vody prospívá duševní pohodě, obzvlášť když se člověk cítí bezpečně a do vody také vstoupí. Vyplývá to z mezinárodní studie, která zkoumala více než 17 tisíc návštěv vodních ploch v devatenácti zemích.
7. 8. 2026

Od Moravy po Maďarsko. Srpnová horká vlna se zapíše do dějin klimatologie

Ve střední Evropě zvolna končí další mimořádně horké období. Těžiště vlny veder se na začátku srpna přesunulo především nad Moravu, Maďarsko, Slovensko a východní Rakousko. Odpolední teploty na rozsáhlém území překračovaly 35 stupňů Celsia a lokálně se dostávaly až ke čtyřicítce. Ještě významnější jsou ale velmi teplé noci, během kterých teplota nejen v centrech měst, ale i ve vyvýšených polohách zůstávala výrazně nad dvaceti stupni. Výsledkem jsou opět nové teplotní rekordy – včetně těch absolutních.
6. 8. 2026

Video„A pak ticho,“ popisovali přeživší po svržení atomové bomby na Hirošimu

V jediné sekundě se změnil svět. Svržení atomové bomby na Hirošimu. A pak ticho – tak ten moment popisují přeživší. Co všechno americký prezident Harry S. Truman o jaderné bombě nevěděl? Co ho překvapilo, když viděl fotografie zničené Hirošimy? Proč nakonec nenařídil útok na Kjóto? A který útok Američanů na japonské cíle byl ve skutečnosti nejničivější, pokud jde o počet obětí? Po 81 letech se dozvídáme mnohem víc o tom, co se odehrávalo na konci druhé světové války, když se Američané rozhodovali bombu na Hirošimu svrhnout. O samotném okamžiku, jeho přípravách i důsledcích pro americkou, japonskou – a nepřímo i německou – společnost mluví Jaroslav Zoula, redaktor vědecké redakce České televize a autor podcastových sérií Úsvit atomového věku a Černobyl: stín atomového věku.
6. 8. 2026

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.