Одной из величайших загадок в науке была эволюция одноклеточных организмов в невероятно широкое разнообразие флоры и фауны, которое мы видим сегодня. Как Земля перешла от изначально безжизненного скального шара к одному, населенному только одноклеточными организмами, в мир, изобилующий более сложной жизнью?
Как понимают ученые, одноклеточные организмы впервые начали развиваться в более сложные формы более 500 миллионов лет назад, когда они начали формировать многоклеточные кластеры. Что не понятно, так это то, как этот процесс произошел. Но теперь биологи стали еще на шаг ближе к разгадке этой загадки, успешно воспроизведя этот ключевой шаг - используя ингредиент, обычно используемый при изготовлении хлеба и пива - обычные пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Помогая разгадать эволюционные загадки здесь, на Земле, он также расширяет отношение к вопросу биологической эволюции и на других планетах или лунах.
Результаты были опубликованы в выпуске прошлой недели Журнал Известия Национальной академии наук (PNAS).
Дрожжи - это микроскопическая форма грибов; они одноклеточные, но могут стать многоклеточными благодаря образованию ряда соединяющихся зародышевых клеток, как в плесени. Эксперименты были основаны на этом факте и были удивительно просты, их просто не было сделано раньше, по словам Уилла Рэтклиффа, ученого из Университета Миннесоты (UMN) и соавтора статьи. «Я не думаю, что кто-то когда-либо пробовал это раньше», - сказал он, добавив: «Не так много ученых занимаются экспериментальной эволюцией, и они пытаются ответить на вопросы об эволюции, а не воссоздать ее».
Сэм Шейнер, программный директор Отделения экологической биологии NSF, также добавляет: «Чтобы понять, почему мир полон растений и животных, включая людей, нам нужно знать, как одноклеточные организмы переключились на жизнь как группа, так как многоклеточные организмы. Это исследование является первым экспериментальным наблюдением этого перехода, позволяющим взглянуть на событие, которое произошло сотни миллионов лет назад ».
Считалось, что шаг к многоклеточной сложности является трудным, эволюционным препятствием, которое будет очень трудно преодолеть. Новое исследование, однако, предполагает, что это может быть не так сложно в конце концов.
Первый эксперимент занял всего 60 дней, чтобы получить результаты. Дрожжи сначала добавляли в богатую питательными веществами культуру, затем клеткам давали расти в течение одного дня. Затем их расслаивали по весу с помощью центрифуги. Скопления дрожжевых клеток приземлились на дно пробирок. Затем процесс повторяли, отбирая кластеры клеток и повторно добавляя их в свежие культуры. После шестидесяти циклов этого скопления клеток начали выглядеть как сферические снежинки, состоящие из сотен ячеек.
Самым значительным открытием было то, что клетки не просто группировались и склеивались случайно; кластеры были составлены из клеток, которые были генетически связаны друг с другом и оставались прикрепленными после деления клеток. Когда кластеры достигли «критической массы», некоторые клетки погибли, процесс, известный как апоптоз, который позволяет отделиться потомству.
Проще говоря, это процесс к многоклеточной жизни. Как описывает Рэтклифф: «Один кластер не является многоклеточным. Но когда клетки в кластере взаимодействуют, приносят жертвы ради общего блага и адаптируются к изменениям, это эволюционный переход к многоклеточности ».
Поэтому в следующий раз, когда вы будете печь хлеб или варить свое собственное пиво, учтите тот факт, что эти скромные дрожжевые клетки имеют гораздо большее значение, чем просто полезная роль на вашей кухне - они также помогают разгадать некоторые из самых больших загадок жизни. началось, как здесь, так и, возможно, в другом месте.
