1月16日,，據美國物理學家組織網報道，5億多年前,，地球表面的單細胞生物開始形成多細胞簇,，最終變成了植物和動物。美國明尼蘇達大學研究人員在實驗室用普通的啤酒酵母菌復制了這一關鍵進化步驟,，演示了這一過渡的發(fā)生過程,。相關論文發(fā)表在近期出版的美國《國家科學院院刊》上。
研究人員將啤酒酵母菌加入到培養(yǎng)基中,，在試管內生長了一天,，然后用離心機攪動使試管中的成份分層。當混合物穩(wěn)定下來,，細胞簇會更快地落在試管底部,，因為它們最重。研究人員把這些細胞簇取出來,，轉移到新的培養(yǎng)基中,，然后再次攪動它們。六輪循環(huán)后,，細胞簇已經包含了幾百個細胞,，看起來就像球形的雪花,。
酵母菌“進化”成了多細胞簇，能協(xié)同合作,、繁殖并改變它們的環(huán)境,，基本上變成了今天地球生命的初期形式。分析顯示,，細胞簇并不是隨機粘在一起的細胞群,，而是互相關聯(lián)的，它們隨著細胞分裂而保持連接,。這表示它們具有遺傳相似性以促進合作,。當細胞簇達到臨界大小時，一些細胞就會進入凋亡過程而死亡,，將后代細胞分隔開來,。而后代細胞簇的繁殖擴展也只能到達它們“父母”所達到的大小,。“這種勞動分工進化得非?？欤匝┗罴氐男问讲粩喾敝?。”國家科學基金會環(huán)境生物學分部代理副主管喬治·吉爾克利斯特說,，“通向多細胞復合體的第一步，好像并沒有理論認為的那么艱巨,。”
“一個細胞簇還不能稱為多細胞體,，只有當其中的細胞開始合作，自我犧牲以達成公共利益并能適應變化,，這就是向多細胞體進化的一種過渡,。” 論文作者之一、明尼蘇達州立大學科學家威爾·拉特克利夫解釋說,，要形成多細胞生物,，大部分細胞要犧牲它們的繁殖能力，這是一種有利整體卻不利于個體的行為,。比如人體的幾乎所有細胞從本質上說就是一個支持系統(tǒng),，只有精子和卵子負責把DNA傳到下一代。所以多細胞體是由其合作性來定義的,。
進化生物學家們估計,，這種多細胞體獨立地進化成了25個體系，將來通過對比多細胞簇留下來的化石,，可進一步揭示每個體系中相應的發(fā)展機制和基因異同,。
新實驗方法可用于對許多醫(yī)療和生物重要課題的研究，比如多細胞體在癌癥,、老化及其他生物學關鍵領域中的功能,。論文合著者,、明尼蘇達大學的邁克爾·特拉維薩諾說，最近有人提出,，癌癥是一種源自最初的多細胞體的化石,，而老化的起源也與此類似，通過多細胞酵母菌可以直接對此進行研究,。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1073/pnas.1115323109
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Experimental evolution of multicellularity
William C. Ratcliff, R. Ford Denison, Mark Borrello, and Michael Travisano
Multicellularity was one of the most significant innovations in the history of life, but its initial evolution remains poorly understood. Using experimental evolution, we show that key steps in this transition could have occurred quickly. We subjected the unicellular yeast Saccharomyces cerevisiae to an environment in which we expected multicellularity to be adaptive. We observed the rapid evolution of clustering genotypes that display a novel multicellular life history characterized by reproduction via multicellular propagules, a juvenile phase, and determinate growth. The multicellular clusters are uniclonal, minimizing within-cluster genetic conflicts of interest. Simple among-cell division of labor rapidly evolved. Early multicellular strains were composed of physiologically similar cells, but these subsequently evolved higher rates of programmed cell death (apoptosis), an adaptation that increases propagule production. These results show that key aspects of multicellular complexity, a subject of central importance to biology, can readily evolve from unicellular eukaryotes.
