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Biologie: Xenobots: Diese "lebendigen Roboter" sollen bald in Menschen arbeiten

Roboter, das sind Maschinen aus Metall und Kunststoff. Bis jetzt. Forscher haben winzige, programmierbare Maschinen aus Zellmaterial konstruiert. Die Xenobots können sich sogar selbst heilen - und sind für den Einsatz im menschlichen Körper gedacht.

Ein Xenobot mit einem großen Vorder- und einem kleinen Hintergliedmaß. Die roten Zellen stammen aus dem Herz eines Frosches, die dunklen aus der Haut

Ein Xenobot mit einem großen Vorder- und einem kleinen Hintergliedmaß. Die roten Zellen stammen aus dem Herz eines Frosches, die dunklen aus der Haut

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Xenobots, das könnte auch der Name einer Kinderserie auf Netflix sein. Stattdessen steckt dahinter eine biologische Sensation. Forscher haben erstmals völlig neue Lebensformen entwickelt, die sich wie Maschinen programmieren lassen. Die kleinen Bio-Roboter können laufen, schwimmen und sogar im Team arbeiten. Und: Sie sind klein genug, um sich im menschlichen Körper zu bewegen.

Die milimetergroßen Roboter entstanden aus Stammzellen des afrikanischen Frosches Xenopus laevis, dem sie auch ihren Namen verdanken. "Das sind völlig neuartige, lebendige Maschinen", erklärt Joshua Bongard in einer Pressemitteilung der Universität Vermont. Der Computer-Wissenschaftler und Robotikexperte hat das Forscher Team mitgeleitet. "Sie sind weder ein klassischer Roboter noch eine bekannte Spezies von Tier. Es ist eine völlig neue Art: ein lebender, programmierbarer Organismus."

Leben aus dem Computer

Zunächst berechneten die Forscher in hochkomplexen Computer-Simulationen, wie die Evolution der von ihnen gewünschten Fähigkeiten der Xenobots ablaufen würde. Dazu berechnete eine künstliche Intelligenz monatelang die möglichen Zusammensetzungen einiger Hundert Zellen und gab am Ende die vielversprechendsten Varianten aus.

Im Labor setzte eine Forschergruppe die Baupläne der neuartigen Organismen dann in die Realität um. Dazu züchtete man zunächst die benötigten Zellen, schnitt sie mit winzigen Pinzetten und Elektroden zurecht und setzte sie neu zusammen. Geboren waren Organismen, die so in der Natur noch nie vorgekommen sind.

Tatsächlich funktionierte das Experiment. Die Neu-Lebewesen bewegten sich so, wie der Computer es für sie vorgesehen hatte und erforschten ihre neue Umgebung. Tests zeigten, dass die Xenobots alleine und gemeinsam Objekte bewegen konnten. Einige von ihnen, die mit einem Loch in der Mitte gestaltet wurden, konnten in Simulationen sogar darin platzierte Gegenstände an dafür vorgesehene Orte befördern. "Das ist ein wichtiger Schritt, mit Hilfe von Computern gestalteten Organismen Medikamente intelligent zu verteilen", erklärt Bongard.

Humanoid auf einem Bürgersteig

Biologisch abbaubar und selbstheilend

Während bei Gebäuden oder klassischen Maschinen der biologische Zerfall ein Nachteil ist, wird er bei den Xenobots zum Vorteil. "Wenn sie ihre Arbeit nach etwa sieben Tagen erledigt haben, sind sie einfach nur totes Zellmaterial", erklärt Bongard. "Die Xenobots sind vollständig biologisch abbaubar." Was nicht heißt, dass sie nicht gegen Schäden gewappnet sind. "Wir haben einen der Roboter fast in der Hälfte durchgeschnitten. Er hat sich selbst wieder zusammengesetzt und einfach weitergemacht."

Die Forscher sehen in ihrer Arbeit auch einen wichtigen Schritt in grundsätzlicheren Fragen. Etwa die, was den Aufbau eines Organismus bestimmt. "Wir haben die Xenobots mit Zellen gebaut, die dem Genom nach zu Fröschen gehören. Sie sind 100 Prozent Frosch - aber sie sind keine Frösche. Da fragt man sich, was noch aus diesen Zellen entstehen könnte", philosophiert Michael Levin, der ebenfalls eines der Teams leitete.

Unabsehbare Folgen

Bedenken, die viele Menschen in Anbetracht der Neuerfindung von Leben haben, können die Forscher nachvollziehen. "Eine solche Angst ist verständlich", so Levin. "Wenn man mit komplexen Systemen herumspielt, die wir nicht vollständig verstehen, wird es immer Folgen geben, die wir vorher nicht abschätzen konnten." Er sieht die Forschung trotzdem als wichtigen Schritt. "Wenn wir als Menschheit überleben wollen, müssen wir besser verstehen, wie komplexe Eigenschaften aus einfachen Regeln entstehen."

Bongard pflichtet ihm bei. "Das Leben hat diese inhärente Kreativität. Wir wollen sie besser verstehen und herausfinden, wie man sie steuern und in neue Formen drücken kann."

Quelle: Universität Vermont, PNAS