Какими свойствами живого обладает компьютер робот

Ученые из Университета Вермонта в США, опубликовали отчет о создании первого в мире робота, состоящего полностью из живых клеток. Об этом сообщается на официальном сайте университета.

Пока эти новые роботы имеют размер всего в один миллиметр, однако при этом обладают уникальными свойствами. Они могут двигаться к нужной цели по команде, захватывать с собой груз (например, лекарство) и доставлять его в необходимое место, а также полностью самовосстанавливаться после повреждений.

Это изобретение может в значительной мере повлиять на прогресс человечества, потому что открывает целое новое направление в робототехнике и медицине. В перспективе роботы могут быть живыми и состоять из мышц, как человек, или, наоборот, человек может получить новые роботизированные мышцы и органы в замен поврежденных. Кроме этого, микроскопические роботы могут, например, двигаться по сосудам, восстанавливая их.

Команда ученых, которая создала новых живых роботов, назвала их ксеноботами. Клетки были взяты из эмбрионов лягушки и перераспределены в совершенно новые формы жизни.

– Это новые живые машины, – рассказывает специалист по компьютерным технологиям и робототехнике в Университете Вермонта Джошуа Бонгард, который был одним из руководителей нового исследования. – Они не являются ни традиционным роботом, ни известным видом животных. Это новый класс артефактов: живой, программируемый организм.

По заявлению ученых, новые существа были разработаны на суперкомпьютере в UVM, а затем собраны и протестированы биологами в Университете Тафтса (штат Массачусетс, США).

– Мы можем представить себе множество полезных применений этих живых роботов, которые не могут сделать другие машины, – говорит руководитель Центра регенеративной биологии и биологии развития в Тафтсе Майкл Левин. – Например, поиск опасных соединений или радиоактивного загрязнения, сбор микропластика в океанах. Также ксеноботы могут курсировать по артериям человека, чтобы вычищать образующийся там налет.

Новые живые роботы строились из клеток, которые были собраны у эмбрионов африканских лягушек, вида Xenopus laevis (отсюда и название – ксеноботы). Ученые проделали огромную работу, сохраняя и развивая те смоделированные организмы, которые работали хорошо, и удаляя неудачные проекты. В итоге телам новых роботов придали четыре “конечности” и небольшое углубление посередине. По форме они напоминают перевернутую табуретку, а их размер – чуть больше булавочной головки. Однако, эти тела с формой, которая никогда не встречается в природе, начали действовать совместно по воле человека и выполнять поступающие приказы.

– Ксеноботы полностью биоразлагаемы, – рассказывает специалист по компьютерным технологиям и робототехнике в Университете Вермонта Джошуа Бонгард, – После того как они закончили свою работу, через семь дней они становятся просто мертвыми клетками кожи и могут быть легко утилизированы, не нанося вред экологии.

Еще одним уникальным свойством живых роботов является их возможность полной регенерации, что потенциально открывает путь к бессмертию человека.

– Возьмите ваш ноутбук. Это мощная вычислительная техника. Но разрежьте его пополам – и он не будет работать, – рассказывает Джошуа Бонгард. – В своих экспериментах мы разрезали ксеноботов почти пополам и наблюдали за тем, что происходило. Они снова сами сшиваются и продолжают действовать. Это уникальное свойство, которым не обладают типичные машины.

Источник

Вопрос 1. Чем отличаются взгляды инженера и биолога? Какую проблему мы будем решать?

Можно ли создать искусственную жизнь? Какими свойствами должен обладать робот, чтобы его признали живым?

Вопрос 2. Какие уровни организации охватывает жизнь? (§ 3)

Молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биосферный.

Какие системы называются открытыми? (§ 1)

Открытая система — система, которая непрерывно взаимодействует с окружающей средой. Система устойчива лишь при условии непрерывного поступления в нее энергии и вещества из окружающей среды.

Что общего у биологической системы и велосипедиста? (§ 1)

Как и для езды на велосипеде в биологической системе очень важно равновесие. Также для работы системы важны взаимосвязи ее элементов, как для велосипеда важно, чтобы цепь была соединена с колесом и с педалями. Только когда все элементы правильно подобраны друг к другу, а велосипедист держит равновесие и не валится на бок велосипед может ехать. Также и биологическая система существует пока все ее элементы работают и правильно связаны друг с другом. А “равновесие” – это способность системы адаптироваться к окружающей среде.

Биологическая система может состоять из многих подсистем, а в велосипеде таких подсистем нет. Также в отличие от биологической системы велосипед не способен к развитию и самовосстановлению в случае поломки.

Вопрос 3. Пользуясь рисунками 4.1 и 4.2, вспомните основные свойства живого. Что поглощают и что выделяют растения и животные? Какие процессы объединяются понятием «обмен веществ»? Откуда они получают энергию и как её используют?

Основные свойства живого: питание, дыхание, выделение, раздражимость, рост и развитие, размножение, поведение. Животные потребляют кислород, органические вещества, воду, а выделяют продукты обмена (продуктов обмена, углекислый газ, полезные продукты). Растения поглощают солнечный свет, углекислый газ, воду, минеральные соли, а продуцируют кислород, органические вещества. Понятием «обмен веществ» объединяются процессы поступления веществ в организм, их изменения, накопления и удаления. Живые организмы получают энергию из окружающей среды, а также в ходе расщепления и накопления ее в самом организме, а используют ее на поддержание жизнедеятельности организма.

Вопрос 4. Отличаются ли живые системы особым химическим составом и строением (рис. 4.3, 4.4)?

Хотя в состав живых систем входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Во всех живых организмах – 99% химического состава приходится на четыре элемента: кислород (– примерно 69%), углерод (–18%), водород (–10%), азот (–2%). Кроме того, живые системы содержат совокупность сложных полимеров, в основном белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и т.д., которые неживым системам не присущи.

Вопрос 5. Что является элементарной структурной единицей организма (рис. 4.5)?

Клетка.

Вопрос 6. Какое свойство организма обеспечивает продолжение рода (рис. 4.6)?

Самовоспроизведение.

Вопрос 7. Что изменяется в ходе индивидуального развития организма (рис. 4.7)?

Увеличение размера и усложнение структуры.

Вопрос 8. Какое свойство даёт возможность организмам действовать по обстоятельствам (рис. 4.8)?

Раздражимость.

Вопрос 9. Как форма тела помогает палочнику скрываться от хищников (рис. 4.9)?

Тело палочника имеет сходство с палочками, что делает его незаметным среди палочек и ветвей кустов и деревьев. При этом больший эффект достигается за счёт долгой неподвижности и принимаемой насекомым позы.

Вопрос 10. В чём выражается приспособленность животных и растений к своим местообитаниям (рис. 4.10, 4.11)?

Приспособленность растений заключается в том, что многочисленные и различные по форме растения распределяются в пространстве, занимаемом сообществом, в соответствии со своими потребностями и особенностями формы тела. Внешне это выражено с троении природного сообщества. Оно представлено в виде ярусов (этажей), возвышающихся один над другим. В этих ярусах размещаются важнейшие органы растений, осуществляющие воздушное и почвенное питание, и органы размножения.

Животные, птицы, насекомые, рыбы приспосабливаются к своим местам обитания через форму и окраску тела, покров тела (колючки, чешуя, жесткие крылья, панцири идр.), приспособительное поведение, физиологические адаптации.

Вопрос 11. Назовите основные свойства живого.

Единство химического состава, клеточное строение, открытость живых систем, самовоспроизведение, раздражимость, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, приспособленность, целостность и дискретность.

Вопрос 12. Как связаны между собой отдельные свойства живого?

Например, из химических элементов, веществ состоит клетка. Самовоспроизведение дает возможности к изменчивости и передаче наследственной информации. Приспособленность вида к условиям среды, создает условия для дискретности вида. Раздражимость, в некотором смысле, есть частная форма присособленности вида к изменяющимся условиям.

Вопрос 13. Приведите примеры наличия всех свойств живого у конкретного вида растений или животных.

Например, черная крыса Rattus rattus, обладает всеми свойствами живого. Химический состав сходен с остальными живыми организмами; тело крысы состоит из клеток, которые в свою очередь объеденены в органы и системы органов; крыса – открытая система, т. к. все живые организмы используют органические вещества из окружающей среды как источник энергии (в реакциях разложения) и как материал для построения своего тела (в реакциях синтеза); способна к размножению (самка), передавая свою наследственную информацию следующим поколениям; заботится о потомстве, пока крысята маленькие; способна реагировать на внешние раздражители, в том числе с помощью подвижности; способна расти и развиваться в процессе онтогенеза; обладает обменом веществ и энергии: дышит, кушает, выделяет продукты обмена и др.); способна адаптироваться в изменяющейся окружающей среде; ее организм целостный, а популяция дискретна.

Из растений – фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris). По химическому составу сходна с остальными живыми организмами; само растение состоит из клеток, которые в свою очередь объеденены в органы (листья, стебель) и системы (корневая, проводящая); фасоль – открытая система, т. к. все растения используют органические вещества, минеральные соли и др. из окружающей среды как источник энергии (в реакциях синтеза и разложения) и как материал для построения своего тела (в реакциях синтеза и разложения); растение способно к размножению (семяь – боб), передавая свою наследственную информацию следующим поколениям; способно реагировать на внешние раздражители, в том числе с помощью подвижности (тропизмы, настии, таксисы); способна расти и развиваться в процессе онтогенеза; обладает обменом веществ и энергии: всасывает воду и минеральные вещества из почвы, улавливает солнечный свет для фотосинтеза, выделяет продукты обмена (в т. ч. кислород) и др.); способна адаптироваться в изменяющейся окружающей среде; ее организм целостный, а популяция дискретна.

Вопрос 14. Какими свойствами живого обладает компьютер, робот, печатный станок, терморегулятор? Воспользуйтесь Интернетом для их поиска.

Все состоят из химических элементов, также все обладают целостностью. Компьютер думать, робот может двигаться, печатный станок сам по себе – закрытая система, но когда на нем печатает человек, станок становиться открытой системой, так и с компьютером. Терморегулятор изменяет и учитывает температуру.

Вопрос 15. Поработайте в паре: по очереди приведите примеры неживых объектов, у которых наблюдаются отдельные свойства живого.

• печка т.к. обменивается с окружающей средой веществом (выбрасывает копоть и дым в атмосферу) и энергией (тепловой энергией).

• Кристалл минералла, сталактиты и сталагмиты растут.

• Флешка способна накапливать информацию и передавать ее “наследственно”.

• Робот.

• Компьютер и др.

Вопрос 16. Какие свойства живого по-разному проявляются у растений и животных?

Клеточное строение (у растений есть хлоропласты, у животных – нет), открытость живых систем (что потребляют и что отдают природе), раздражимость, обмен веществ и энергии, раздражимость, приспособленность.

Вопрос 17. В чём различие роста и индивидуального развития у жука и человека?

Жук проходит четыре стадии развития: яйцо, личинка, куколка и взрослое насекомое (имаго). Из-за хитинового покрова рост происходит прерывисто (личинка). Взрослое насекомое не растет. Человек рождается практически сформированным. Только прпорции тела с возрастом меняются. Рост идет непрерывно, до 25 лет.

Вопрос 18. Как могла возникнуть забота о потомстве, если выживаемость родителей при этом уменьшается?

Развитие заботы о потомстве в процессе эволюции повышает выживаемость потомства и делает излишней чрезмерную плодовитость.

Источник