Que se passe-t-il lorsque vous prenez des cellules d'embryons de grenouilles et que vous les faites croître en de nouveaux organismes "évolués" par des algorithmes? Vous obtenez quelque chose que les chercheurs appellent la première «machine vivante» au monde.
Bien que les cellules souches d'origine proviennent de grenouilles - la grenouille africaine à griffes, Xenopus laevis - ces soi-disant xénobots ne ressemblent à aucun amphibien connu. Les minuscules gouttes mesurent seulement 0,04 pouces (1 millimètre) de large et sont constituées de tissus vivants que les biologistes ont assemblés en corps conçus par des modèles informatiques, selon une nouvelle étude.
Ces organismes mobiles peuvent se déplacer indépendamment et collectivement, peuvent guérir eux-mêmes leurs blessures et survivre pendant des semaines à la fois, et pourraient potentiellement être utilisés pour transporter des médicaments à l'intérieur du corps d'un patient, ont récemment rapporté des scientifiques.
"Ils ne sont ni un robot traditionnel ni une espèce animale connue", a déclaré dans un communiqué le co-auteur de l'étude Joshua Bongard, informaticien et expert en robotique à l'Université du Vermont. "C'est une nouvelle classe d'artefacts: un organisme vivant et programmable."
Les algorithmes ont façonné l'évolution des xénobots. Ils sont passés de cellules souches cutanées et cardiaques à des amas de tissus de plusieurs centaines de cellules qui se sont déplacés dans les impulsions générées par les tissus musculaires cardiaques, a déclaré l'auteur principal de l'étude Sam Kriegman, un doctorant étudiant la robotique évolutionnaire au département d'informatique de l'Université du Vermont, à Burlington. .
"Il n'y a aucun contrôle externe à partir d'une télécommande ou de la bioélectricité. C'est un agent autonome - c'est presque comme un jouet à remonter", a déclaré Kriegman à Live Science.
Les biologistes ont alimenté un ordinateur pour les xénobots autonomes, tels que la puissance musculaire maximale de leurs tissus, et comment ils pourraient se déplacer dans un environnement aqueux. Ensuite, l'algorithme a produit des générations de minuscules organismes. Les bots les plus performants se "reproduiraient" à l'intérieur de l'algorithme. Et tout comme l'évolution fonctionne dans le monde naturel, les formes les moins réussies seraient supprimées par le programme informatique.
"Finalement, il a pu nous donner des conceptions qui étaient réellement transférables à de vraies cellules. Ce fut une percée", a déclaré Kriegman.
Les auteurs de l'étude ont ensuite donné vie à ces conceptions en assemblant des cellules souches pour former des formes 3D autonomes alimentées par l'algorithme d'évolution. Les cellules de la peau ont maintenu les xénobots ensemble, et les battements du tissu cardiaque dans des parties spécifiques de leur "corps" ont propulsé les 'bots dans l'eau dans une boîte de Pétri pendant des jours, voire des semaines d'affilée, sans avoir besoin de nutriments supplémentaires, selon l'étude . Les robots ont même pu réparer des dégâts importants, a déclaré Kriegman.
"Nous avons coupé le robot vivant presque en deux, et ses cellules ont automatiquement refermé son corps", a-t-il déclaré.
"Nous pouvons imaginer de nombreuses applications utiles de ces robots vivants que d'autres machines ne peuvent pas faire", a déclaré Michael Levin, co-auteur de l'étude, directeur du Center for Regenerative and Developmental Biology de la Tufts University dans le Massachusetts. Cela pourrait inclure le ciblage de déversements toxiques ou de contamination radioactive, la collecte de microplastiques marins ou même l'excavation de plaque dans les artères humaines, a déclaré Levin dans un communiqué.
Les créations qui brouillent la frontière entre les robots et les organismes vivants sont des sujets populaires dans la science-fiction; pensez aux machines tueuses dans les films "Terminator" ou aux réplicants du monde de "Blade Runner". La perspective de soi-disant robots vivants - et d'utiliser la technologie pour créer des organismes vivants - soulève naturellement des inquiétudes pour certains, a déclaré Levin.
"Cette crainte n'est pas déraisonnable", a déclaré Levin. "Lorsque nous commençons à jouer avec des systèmes complexes que nous ne comprenons pas, nous allons avoir des conséquences imprévues."
Néanmoins, construire sur des formes organiques simples comme les xénobots pourrait également conduire à des découvertes bénéfiques, a-t-il ajouté.
"Si l'humanité veut survivre dans le futur, nous devons mieux comprendre comment les propriétés complexes, d'une manière ou d'une autre, émergent de règles simples", a déclaré Levin.
Les résultats ont été publiés en ligne le 13 janvier dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
