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非自然选择的时代:人类对生物演化的影响有多大?

2022-03-18 12:29:07 来源:新浪科技 作者:任天 编辑:宁静海 浏览:loading

崛起的异种机器人

第一个“机器人”是由肉体而非金属制成的。“机器人”(robot)这个词是捷克剧作家卡雷尔·恰佩克在1921年的一部戏剧中创造出来的。在《罗素姆的万能机器人》一书中,卡雷尔首次使用了“Robota”一词,后来才改成“Robot”。这部作品是一个思想实验,与玛丽·雪莱的《弗兰肯斯坦》如出一辙,后者讲述了一个科学家创造人造人的疯狂实验。

然而,在接下来的一个世纪里,机器人发展成为钢铁和金属丝的组合体,并没有使用活的组织。工程学的发展比生物学快得多。不过,生物学正在迎头追赶工程学的脚步。第一批异种机器人于2020年初问世,由两部分组成:皮肤细胞构成微小的立方体,由两条由心脏细胞构成的“短肢”推动前进。它们由计算机的算法设计,再由研究人员亲手用生物组织构建而成,目的是使其具有行走能力(一个有趣的巧合是,非洲爪蟾的属名“Xenopus”意思就是“奇怪的脚”)。这些有机机器人还可以一起工作,在周围的环境中移动颗粒物;而且与机械机器人不同的是,它们在受伤时还可以自愈。

如果你觉得“有机机器人”的概念已经够奇怪的话,那下一代机器人的情况可能会更出乎你的意料。人工智能程序编写的蓝图制造出了吃豆人形状的异种机器人,其凹陷部分看起来就像一张大口。第三代异种机器人带来了更大的惊喜:它们张开的“大口”能够聚集数百个干细胞,并以此塑造出新的异种机器人。

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如果我把你汽车的所有部件随机地连接在一起,你会觉得很糟糕,但事实证明,生物学要比这灵活得多。异种机器人2.0是由从爪蟾胚胎中提取的干细胞形成的,可以在不依赖算法的情况下发育。这些干细胞能够独立发育出全新的身体结构,比如毛发状的纤毛——通常是在肺部发现的特征。在异种机器人表面上,这些纤毛更像四肢,通过快速摆动使它们在环境中游动,实验中,一个异种机器人可以在卷饼形状的迷宫中行走,却不接触迷宫的侧面。

这些从爪蟾胚胎提取的干细胞并没有培育出蝌蚪,而是根据实验室环境的特殊条件,发育成了与两栖动物完全不同的身体。它们自发地自我组装,实现了跳跃式的演化。

为了进一步提高异种机器人的性能,借助人工智能程序,科学家提出了加以改进的设计。人工智能程序编写的蓝图制造出了吃豆人形状的异种机器人,其凹陷部分看起来就像一张大口。第三代异种机器人带来了更大的惊喜:它们张开的“大口”能够聚集数百个干细胞,并以此塑造出新的异种机器人。换句话说,它们演化出了一种全新的繁殖方式,与自然界其他任何地方见到的情况都不相同。

未来几代的异种机器人将可以通过不同的设计进行发育,从而与周围环境互动。异种机器人是“一个不完美的有机体”。尽管它们符合生命系统的大多数标准,但它们的复制涉及“功能性的自我复制”——组装新的版本,使其外观和行为都相同,但又不完全相同。

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由塔夫茨大学的科学家制造的活体机器人具有独特的身体特征,如毛发状的纤毛,可以帮助它们移动。

尽管如此,异种机器人的开发仍然可以视为全球范围内诸多事件的一个缩影;在我们不断给生物施加压力的同时,它们也做出了创造性的反应。所有生物都在不断地与环境进行协调,正是这种相互作用推动了演化。然而,随着人类以这样或那样的方式主宰着地球上几乎所有的环境,演化的方程式中加入了一个新的因子——人类。

异种机器人也可以对地球产生积极的影响。未来几代异种机器人可能会被派去清理我们在环境中留下的垃圾。生物机器人可以清除海洋中的微塑料或土壤中的污染物。携带某种特殊蛋白质的异种机器人会在特定波长下发出绿光,但当暴露在其他波长时就会变红,在几个小时后仍能“记得”这些暴露特征。人类可以设计它们来感知特定的化学物质,就像用一个计算机程序告诉它们,如果你感觉到有毒物质,游过去,释放一种与毒素反应的化学物质。同样的特性也可以应用于医疗领域,比如用异种机器人来进行非侵入性治疗,或者寻找病因。

未来的演化可能会出现一些令人惊讶的转折。随着在生物工程、干细胞生物学和计算生物学方面取得的进展,我们将看到人类和计算机越来越多地朝着设计生命系统的方向发展。科学家公开进行他们的研究是至关重要的,希望能看到伦理学家、律师和社会成员更多地参与到研究的设计中,而不仅仅是在技术走出实验室进入外界后才对其进行评论。

新一代的异种机器人将见证生命不可思议的可塑性,但它们的前景也提醒我们,地球生物正在多么频繁地被迫调整自己的身体,以适应一个由人类主导的世界。究竟有多少物种能跟上地球快速变化的步伐,还有待观察。但可以肯定的是,随着人类在全球范围内进行的这场生物适应性实验不断加快步伐,将有越来越多的动物受到前所未有的考验。

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