Pesquisadores americanos descobriram uma nova forma de reprodução biológica e criaram o que dizem ser os primeiros robôs vivos do mundo que podem se auto-replicar.

Os robôs são fruto da imaginação de uma equipe colaborativa da Universidade de Vermont, da Tufts University e do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Harvard University, a mesma equipe que construiu os primeiros robôs vivos: ‘Xenobots’ – montados a partir de células de sapo – relatado em 2020.

De acordo com os pesquisadores, esses organismos projetados por computador e montados à mão podem nadar para dentro de seu minúsculo prato, encontrar células individuais, reunir centenas delas e montar Xenobots ‘bebês’ dentro de sua “boca” em forma de Pac-Man.

Poucos dias depois, esses bebês se tornam novos Xenobots que se parecem e se movem exatamente como eles.  E então esses novos Xenobots podem sair, encontrar células e construir cópias de si mesmos, e esse processo se repete.

“Com o design certo – eles irão se auto-replicar espontaneamente”, disse Joshua Bongard, um cientista da computação e especialista em robótica da Universidade de Vermont que co-liderou a nova pesquisa.

Em uma rã Xenopus laevis, essas células embrionárias se desenvolveriam em pele. “Eles ficavam do lado de fora de um girino, afastando os patógenos e redistribuindo o muco”, disse Michael Levin, professor de biologia e diretor do Allen Discovery Center em Tufts. “Mas estamos colocando-os em um novo contexto. Estamos dando a eles a chance de reimaginar sua multicelularidade. ”

De acordo com Douglas Blackiston, o cientista sênior da Tufts University que reuniu os “pais” dos Xenobot e desenvolveu a parte biológica do novo estudo, as pessoas pensaram por muito tempo que nós [pesquisadores] descobrimos como a vida pode se reproduzir ou replicar. “Mas isso é algo que nunca foi observado antes.”

Um organismo “pai” em forma de Pac-Man projetado por IA (em vermelho) ao lado de células-tronco que foram comprimidas em uma bola – a “prole” (verde) – imagem embutida
Um organismo “pai” em forma de Pac-Man projetado por IA (em vermelho) ao lado de células-tronco que foram comprimidas em uma bola – a “prole” (verde).

Em experimentos anteriores, os cientistas descobriram que os Xenobots podiam realizar tarefas simples. Mas agora eles descobriram que esses objetos biológicos – uma coleção de células projetada por computador – se replicarão espontaneamente. “Temos o genoma do sapo completo e inalterado”, explicou Levin, “mas não deu nenhuma pista de que essas células podem trabalhar juntas nessa nova tarefa”, de reunir e compactar células separadas em autocópias de trabalho.

Por conta própria, o pai Xenobot, feito de cerca de 3.000 células, forma uma esfera. “Isso pode gerar filhos, mas o sistema normalmente morre depois disso. É muito difícil fazer com que o sistema continue se reproduzindo ”, disse Sam Kriegman, um pesquisador de pós-doutorado do Tuft’s Allen Center e do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Universidade de Harvard.

Com a ajuda de um programa de inteligência artificial trabalhando no cluster de supercomputador Deep Green no Vermont Advanced Computing Core da UVM, no entanto, um algoritmo poderia testar bilhões de formas corporais em simulação – triângulos, quadrados, pirâmides, estrelas do mar – para encontrar aqueles que permitissem as células para ser mais eficaz na replicação ‘cinemática’ baseada em movimento relatada na nova pesquisa.

“Pedimos ao supercomputador da UVM que descobrisse como ajustar a forma dos pais iniciais, e a IA apresentou alguns designs estranhos depois de meses trabalhando, incluindo um que lembrava o Pac-Man”, disse Kriegman. “É muito não intuitivo. Parece muito simples, mas não é algo que um engenheiro humano inventaria. Por que uma pequena boca? Por que não cinco? ”

Kriegman enviou os resultados para Blackiston, e ele construiu os Xenobots originais em forma de Pac-Man. “Então aqueles pais construíram filhos, que construíram netos, que construíram bisnetos, que construíram tataranetos”, acrescentou ele.

A equipe vê uma promessa na pesquisa ou avanços em direção à medicina regenerativa. “Se soubéssemos como dizer às coleções de células para fazer o que queríamos que fizessem, no final das contas … resolveria lesões traumáticas, defeitos de nascença, câncer e envelhecimento”, disse Levin. “Esses diferentes problemas estão aqui porque não sabemos como prever e controlar quais grupos de células vão construir. Os Xenobots são uma nova plataforma para nos ensinar.