Des scientifiques ont créé des robots « vivants » capables de se reproduire
Pour exister, la vie doit continuer et se reproduire. Au fil des milliards d’années, les organismes ont développé de nombreuses façons de se reproduire, des plantes à bourgeons aux animaux sexués en passant par les virus.
Aujourd’hui, des scientifiques de l’Université du Vermont, de l’Université Tufts et de l’Institut d’ingénierie biologique Wyss de l’Université Harvard ont découvert une forme de reproduction biologique totalement nouvelle et ont utilisé cette découverte pour créer les premiers robots vivants au monde capables de s’autoreproduire.
La même équipe qui a créé les premiers robots vivants (les « xénobots », fabriqués à partir de cellules de grenouille, dont l’existence a été révélée en 2020) a découvert que ces organismes conçus par ordinateur et assemblés à la main peuvent nager dans leur minuscule « assiette », trouver des cellules isolées, en rassembler des centaines et en faire de « petits » xénobots à l’intérieur de leur « bouche » en forme de Pac-Man.
En quelques jours, ils deviennent de nouveaux xénobots qui ressemblent et se déplacent exactement comme leurs « parents ». Ces nouveaux xénobots peuvent ensuite chercher des cellules et créer leurs copies. Encore et encore.
Joshua Bongard, docteur en philosophie, informaticien et expert en robotique à l’Université du Vermont, qui a dirigé la nouvelle étude, a déclaré : « Avec une bonne conception, ils se reproduiront spontanément ».
Chez la grenouille Xenopus laevis, ces cellules embryonnaires se développent en peau. « Elles se placeraient à l’extérieur du têtard, empêchant les micro-organismes pathogènes de pénétrer et redistribuant le mucus », a expliqué Michael Levin, docteur en philosophie, professeur de biologie, directeur du Centre des découvertes Allen à l’Université Tufts et co-responsable de la nouvelle étude.
« Mais nous les plaçons dans un nouveau contexte. Nous leur donnons la possibilité de repenser leur multicellularité », a souligné le professeur. « Pendant longtemps, les gens ont pensé avoir découvert tous les moyens de reproduire la vie. Or, c’est quelque chose qui n’a jamais été observé auparavant », a déclaré Douglas Blackiston, docteur en philosophie, chercheur senior à l’Université Tufts et à l’Institut Wyss, qui a créé les « parents » xénobots et conçu la partie biologique de la nouvelle étude.
« C’est profond. Ces cellules possèdent le génome de la grenouille, mais sans se transformer en têtards, elles utilisent leur intelligence collective et leur plasticité pour accomplir quelque chose d’étonnant. Nous disposons d’un génome de grenouille entièrement inchangé, or rien ne laissait supposer que ces cellules pourraient travailler ensemble sur cette nouvelle tâche consistant à rassembler des cellules séparées, puis à les compacter en autocopies fonctionnelles »
Lors des expériences précédentes, les scientifiques ont été surpris que les xénobots puissent être conçus pour résoudre des tâches simples. Aujourd’hui, ils sont stupéfaits que ces objets biologiques, une collection de cellules conçue par ordinateur, se reproduisent spontanément.
Sam Kriegman, docteur en philosophie et auteur principal de la nouvelle étude, a déclaré : « Ce sont des cellules de grenouille qui se répliquent d’une manière très différente de celle des grenouilles. Aucun animal ni aucune plante connus de la science ne se reproduisent de cette façon ».
L’objet parent « xénobot », composé d’environ 3 000 cellules, forme une sphère. Kriegman explique : « Des enfants peuvent naître de ces sphères, mais ensuite le système s’éteint généralement. En réalité, il est très difficile de faire en sorte que le système continue à se reproduire ».
Mais grâce à un programme d’intelligence artificielle fonctionnant sur le supercalculateur Deep Green du Advanced Computing Core de l’UVM, dans le Vermont, un algorithme évolutif a pu tester des milliards de formes de corps en simulation (triangles, carrés, pyramides, étoiles de mer) afin de trouver celles qui permettaient aux cellules de se reproduire plus efficacement par réplication « cinématique », fondée sur le mouvement.
« Nous avons demandé au supercalculateur de l’UVM de déterminer comment ajuster la forme des parents d’origine. Après plusieurs mois de travail, l’IA a proposé des structures étranges, dont une qui ressemblait à Pac-Man. Cela semble très simple, mais un ingénieur humain n’aurait pas pu l’imaginer. Pourquoi une seule petite bouche ? Pourquoi pas cinq ? Nous avons transmis les résultats à Douglas, qui a créé ces xénobots parents en forme de Pac-Man. Ensuite, ces parents ont engendré des enfants, qui ont engendré des petits-enfants, qui ont engendré des arrière-petits-enfants, qui ont engendré des arrière-arrière-petits-enfants »
La réplication cinématique est bien connue au niveau moléculaire, mais n’avait jamais été observée à l’échelle de cellules ou d’organismes entiers. Bongard a déclaré : « Nous avons découvert qu’il existe cet espace inconnu jusqu’ici à l’intérieur des organismes ou des systèmes vivants, et c’est un espace immense. Comment l’explorer ? Nous avons trouvé des xénobots qui marchent. Nous avons trouvé des xénobots qui nagent. Et maintenant, dans cette étude, nous avons découvert des xénobots qui se reproduisent de façon cinématique. Qu’y a-t-il d’autre ? ».
« Nous travaillons à comprendre cette propriété, la réplication. Le monde et les technologies évoluent rapidement. Il est important pour la société dans son ensemble que nous étudiions et comprenions comment cela fonctionne. Ces machines vivantes d’un millimètre, entièrement contenues dans un laboratoire, faciles à éteindre et validées par des experts fédéraux, étatiques et institutionnels en éthique, ne me font pas perdre le sommeil. Le risque est représenté par la prochaine pandémie, l’accélération des dommages écosystémiques dus à la pollution, et le renforcement des menaces liées au changement climatique. C’est un système idéal pour étudier les systèmes auto-réplicatifs. Nous avons le devoir moral de comprendre les conditions dans lesquelles nous pouvons le contrôler, le diriger, le supprimer ou l’amplifier »
Selon les chercheurs, il est nécessaire de créer des solutions technologiques qui évoluent aussi vite que les problèmes auxquels le monde est confronté. L’équipe voit dans ces recherches des avancées prometteuses dans le domaine de la médecine régénérative.
« Si nous savions comment dire aux collections de cellules de faire ce que nous voulons, nous aurions finalement une médecine régénérative, c’est-à-dire une solution aux lésions traumatiques, aux malformations congénitales, au cancer et au vieillissement. Tous ces problèmes existent parce que nous ne savons pas prédire et contrôler la manière dont les groupes de cellules vont se construire. Les xénobots sont une nouvelle plateforme d’apprentissage »
