Ewolucja pierwszych organizmów wielokomórkowych odtworzona w laboratorium

Pierwsze organizmy wielokomórkowe pojawiły się już setki milionów lat temu. Ale jak właściwie do tego doszło? To pytanie stale powraca, a biolodzy chyba właśnie znaleźli na nie odpowiedź. Naukowcy amerykańscy bowiem mieli odtworzyć ten proces w laboratorium w ciągu zaledwie sześćdziesięciu dni.

Przejście z postaci jednokomórkowej do postaci wielokomórkowej zrewolucjonizowało życie na Ziemi. Nie byłoby dziś żadnej rośliny ani zwierzęcia, gdyby ten etap nie miał miejsca. Faza ta pozwoliła na rozwój organizmów kompleksowych i dużych rozmiarów. Mimo znaczenia tej ewolucji, niewiele o niej wiemy.

Podczas gdy większość naukowców próbuje znaleźć odpowiedź w śladach kopalnych, to zespół naukowy z uniwersytetu stanu Minesota, którym kierował William Ratcliff, zdecydował się odtworzyć ten przejściowy etap w laboratorium, biorąc za model drożdże piwne, Saccharomyces cerevisiae. Jest to organizm jednokomórkowy, bardzo łatwo rosnący w hodowli.

Rezultaty tego doświadczenia przekroczyły wszelkie oczekiwania, tym bardziej, że zostały osiągnięte bardzo łatwo i bardzo szybko. Sześćdziesiąt dni, w hodowli bogatej w składniki odżywcze oraz wyposażonej w wirówkę, wystarczyło. Selekcja naturalna dokonała reszty, prowadząc do powstania komórek mogących ze sobą współpracować, reprodukować się i przystosować do środowiska.

Badania te zostały opublikowane w przeglądzie naukowym PNAS.

Komórki się specjalizują dla dobra grupy

Ale jak oni to zrobili? Naukowcy umieścili drożdże w środowisku bogatym w składniki odżywcze. Po pewnym czasie, drożdże te zostały odwirowane. Grupy komórek, pojawiające się najszybciej, zostały w ten sposób wyodrębnione. To właśnie z nich naukowcy założyli hodowlę. A cykl ten został powtórzony sześćdziesiąt razy, z dziesięcioma replikami.

Sześćdziesiąt dni później, po założeniu pierwszej hodowli, powstały zbiory komórek przypominające płatki śniegu. Komórki te zostały przeanalizowane. Badacze stwierdzili, że składały się one z organizmów, które pozostały zjednoczone w następstwie podziału, a nie z bytów żywych o różnym pochodzeniu, które po prostu się zgromadziły przy sobie.

W konsekwencji, wszystkie komórki należące do jednej grupy mają to samo dziedzictwo genetyczne. Nie ma konfliktów interesów na tym poziomie.

Poza krytycznym rozmiarem, kolonie drożdży się dzielą, co daje początek zarodnikom, które mają za zadanie rozsiewanie. Pozostają one w powiązaniu ze strukturą – matką, dopóki komórki, które je wiążą i które się nie rozmnażają, nie umrą w procesie apoptozy (zaprogramowana śmierć komórkowa).

Mogą one zmodyfikować prędkość, z jaką nadchodzi śmierć. Zdobyły więc one nową funkcję niezbędną do życia w kolonii. Ponieważ istnieje współpraca między komórkami (niektóre z nich zmieniły funkcje dla dobra innych), struktura płatka śniegu odpowiada organizmowi wielokomórkowemu.

W ten sposób, badacze zaobserwowali dwa typy komórkowe, jak u roślin i zwierząt: komórki rozrodcze (związane z reprodukcją) oraz komórki somatyczne (rola logistyczna). Agregacja komórek pozostających w połączeniu po podziale, ma być źródłem ewolucji organizmów multikomórkowych.

Zjawisko to miało się rozegrać na łonie 25 różnych grup. Badacze mają teraz nadzieję odtworzyć te testy na innych szczepach, aby porównać mechanizmy oraz zamieszane w to geny. Rezultaty, z którymi już teraz nas zapoznali, są naprawdę pasjonujące.