"Sie sind weder ein klassischer Roboter noch eine bekannte Spezies von Tier. Es ist eine völlig neue Art: ein lebender, programmierbarer Organismus", sagt der Robotikexperte Josh Bongard. 2020 wurden die winzigen Kleckse erstmals vorgestellt, nachdem Experimente zeigten, dass sie sich bewegen, in Gruppen zusammenarbeiten und sich selbst heilen können – die Rede ist von Xenobots (stern berichtete). Es handelt sich bei ihnen um milimetergroße Roboter, die aus Stammzellen des afrikanischen Krallenfroschs Xenopus laevis, dem sie auch ihren Namen verdanken, entstanden sind. An ihrer Entwicklung waren Wissenschaftler der University of Vermont, der Tufts University und dem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University beteiligt.
Nun haben die US-Forscher bei den Xenobots eine völlig neue Form der biologischen Fortpflanzung entdeckt, die sich von allen der Wissenschaft bekannten Tieren oder Pflanzen unterscheidet. "Ich war verblüfft", sagt Michael Levin, Biologieprofessor und Direktor des Allen Discovery Center an der Tufts University. "Frösche haben eine Art der Fortpflanzung, die sie normalerweise benutzen, aber wenn man [...] die Zellen vom Rest des Embryos befreit und ihnen die Möglichkeit gibt, sich in einer neuen Umgebung zurechtfinden, so finden sie nicht nur einen neuen Weg, sich fortzubewegen, sondern offenbar auch einen neuen Weg der Fortpflanzung."
Kinetische Replikation
"Die meisten Menschen denken bei Robotern an Metalle und Keramik, aber es geht nicht so sehr darum, woraus ein Roboter besteht, sondern darum, was er tut, nämlich eigenständig für den Menschen zu handeln", sagt Josh Bongard, Informatikprofessor und Robotikexperte an der University of Vermont. "So gesehen ist es ein Roboter, aber auch eindeutig ein Organismus, der aus genetisch unveränderten Froschzellen besteht."
Dem Robotikexperten zufolge konnten sich die Xenobots, die zunächst aus etwa 3.000 Zellen bestanden, replizieren. Allerdings geschah dies nur selten und nur unter bestimmten Bedingungen. Die Xenobots pflanzten sich mithilfe von "kinetischer Replikation" fort – ein Prozess, der sonst nur auf molekularer Ebene abläuft, aber noch nie in der Größenordnung ganzer Zellen oder Organismen beobachtet wurde, so Bongard.
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KI entschied sich für Pac-Man-Form
Um die Xenobots bei ihrer Replikation effektiver zu machen, testeten die Forscher mithilfe von künstlicher Intelligenz Milliarden von Körperformen. Die KI entschied sich für eine C-Form, die dem Videospiel Pac-Man aus den 1980er Jahren ähnelt. Die Forscher stellten fest, dass die Xenobots in der Lage waren, winzige Stammzellen in einer Petrischale zu finden und Hunderte von ihnen in ihrem Mund zu sammeln. Einige Tage später wurden die Zellbündel zu neuen Xenobots. "Die Form ist im Grunde genommen das Programm. Die Form beeinflusst, wie sich die Xenobots verhalten, um diesen unglaublich überraschenden Prozess zu verstärken", sagt Bongard.
Die Xenobots befinden sich in einem frühen Entwicklungsstadium und haben bislang noch keine praktischen Anwendungen. Die Forscher gehen aber davon aus, dass sie für eine Vielzahl von Aufgaben im Körper und in der Umwelt eingesetzt werden könnten, wie etwa das Sammeln von Mikroplastik in den Ozeanen oder die regenerative Medizin. Zur Herstellung der Xenobots hatten die Wissenschaftler lebende Stammzellen aus Froschembryonen entnommen und sie brüten lassen. Gene wurden keine manipuliert.
