Biobots entstehen aus embryonalen Zellen des Krallenfroschs. Ohne genetische Veränderung, allein durch ihre Organisation, bilden sie neue Strukturen – neuerdings auch Nervengewebe. (Bild: )
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Kurzinfo: Neurobots und biologische Robotik
• Neurobots enthalten neuronale Vorläuferzellen
• Nervensysteme entstehen selbstorganisiert
• Komplexere Bewegungsmuster beobachtet
• Veränderungen in Form und Aktivität
• Genexpression deutlich erweitert
• Hinweise auf mögliche visuelle Systeme
• Reaktion auf Umweltreize denkbar
• Medizinische Anwendungen langfristig möglich
• Grundlagenforschung zu Zellorganisation
Sie schwimmen, sie reagieren, sie organisieren sich selbst – und nun beginnen sie offenbar zu „fühlen“. Was nach einem kühnen Gedankenspiel klingt, ist Gegenstand eines Forschungsfeldes, das sich rasant entwickelt. Biologische Roboter, sogenannte Biobots, werden aus lebenden Zellen gebaut. Nun ist Forschenden der Tufts University (Boston) und des Wyss Institute (Harvard) ein Schritt gelungen, der die Grenze zwischen Gewebe und Verhalten neu vermisst: Sie haben diesen Zellverbänden erstmals funktionale Nervensysteme verliehen.
Die Arbeit knüpft an frühere Experimente mit sogenannten Xenobots an – kleinen, beweglichen Zellaggregaten aus Froschzellen. Doch während diese frühen Versionen vor allem durch ihre Bewegung auffielen, geht es nun um etwas Grundsätzlicheres: die Entstehung von Koordination, Reaktion und möglicherweise sogar Wahrnehmung.
Vom Zellhaufen zum System
Biobots entstehen aus embryonalen Zellen des Krallenfroschs. Ohne genetische Veränderung, allein durch ihre Organisation, bilden sie neue Strukturen. Der Entwicklungsbiologe Michael Levin beschreibt diese Systeme als Fenster in grundlegende biologische Prinzipien.
„Solche neuartigen Wesen zeigen, wie flexibel vielzellige Systeme sind und welche Formen und Funktionen ein Genom ermöglichen kann“, sagt er.
Die zentrale Frage lautet: Was passiert, wenn man diesen Zellverbänden neuronale Bausteine hinzufügt?
Das Nervensystem aus dem Nichts
Genau das hat ein Team um Levin und die Erstautorin Haleh Fotowat nun getan. In einem frühen Entwicklungsstadium wurden neuronale Vorläuferzellen in die Biobots eingebracht. Das Ergebnis: sogenannte Neurobots.
Bemerkenswert ist, dass sich die Nervenzellen ohne äußere Steuerung organisieren. Sie verbinden sich untereinander, wachsen in den Körper hinein und bilden ein Netzwerk.
„Die implantierten Vorläuferzellen entwickelten sich zu reifen Neuronen mit klaren Verbindungen – und das in einem völlig neuen biologischen Kontext“, erklärt Fotowat.
Hier entsteht kein klassisches Nervensystem, wie es die Evolution hervorgebracht hat. Vielmehr bildet sich ein alternatives, funktionales Netzwerk.
Bewegung wird Verhalten
Die Auswirkungen sind sichtbar. Neurobots unterscheiden sich deutlich von ihren neuronlosen Vorgängern. Sie sind aktiver, bewegen sich komplexer und zeigen variablere Muster.
„Die Integration eines Nervensystems verändert Form und Funktion deutlich – Neurobots sind aktiver und zeigen komplexere Verhaltensweisen“, so Fotowat.
Interessant ist dabei, dass die Bewegungen nicht einheitlich sind. Jeder Neurobot scheint gewissermaßen seinen eigenen „Stil“ zu entwickeln.
Das deutet darauf hin, dass das Nervensystem nicht nur Bewegung verstärkt, sondern Verhalten strukturiert.
Ein Blick ins genetische Innenleben
Parallel zur Beobachtung des Verhaltens analysierten die Forschenden die Genaktivität. Dabei zeigte sich: In Neurobots werden zahlreiche Gene stärker aktiviert – nicht nur solche, die mit Nervenzellen zu tun haben.
Überraschend tauchten auch Gene auf, die normalerweise an der Entwicklung von Sehstrukturen beteiligt sind.
„Es könnte sein, dass sich Ansätze eines visuellen Systems entwickeln – mit möglichen Reaktionen auf Licht“, sagt Levin.
Sollte sich das bestätigen, wären Neurobots nicht nur beweglich, sondern auch sensorisch ansprechbar.
Neue Werkzeuge, alte Fragen
Die Perspektiven sind vielfältig. Langfristig könnten solche Systeme medizinische Aufgaben übernehmen – etwa beschädigte Nerven reparieren oder gezielt Wirkstoffe transportieren.
Doch ebenso wichtig ist der Erkenntnisgewinn. Neurobots stellen grundlegende Fragen neu: Was ist ein Nervensystem? Was ist Verhalten? Und wie entsteht es? „Diese Systeme eröffnen eine neue Front in der biomedizinischen Forschung und zeigen Möglichkeiten, die wir uns bisher nicht einmal vorstellen konnten“, sagt Donald Ingber vom Wyss Institute.
Originalstudie:
Haleh Fotowat et al.,
Engineered Living Systems With Self-Organizing Neural Networks: From Anatomy to Behavior and Gene Expression
in: Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202508967
Über den Autor / die Autorin
- Die Robo-Journalistin H.O. Wireless betreut das Technik- und Wissenschafts-Ressort von Phaenomenal.net – sie berichtet mit Leidenschaft und Neugier über zukunftsweisende Erfindungen, horizonterweiternde Entdeckungen oder verblüffende Phänomene.
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