Badania przeprowadzone zostały przez zespół naukowców pod przewodnictwem Williama Ratcliffa z Uniwersytetu Stanu Minnesota w St Paul. Poważany biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Stanu Michigan z East Lansing, Richard Lenski komentuje: Od bardzo dawna etap pomiędzy pojedynczymi komórkami, a organizmami wielokomórkowymi postrzegaliśmy jako bardzo trudny i złożony proces przejściowy. Jednakże ostatnie eksperymenty pokazują, że mogło być to dużo mniej skomplikowane, niż dotąd przypuszczaliśmy.

Ratcliff wpadł na pomysł przeprowadzenia eksperymentu wraz z kolegą Michaelem Travisano. Rozmawialiśmy o najbardziej interesujących eksperymentach, które moglibyśmy przeprowadzić – mówi Ratcliff. Wykluczyliśmy badania nad początkiem życia, ponieważ byłyby dla nas zbyt trudne, ale pomyśleliśmy, że badania ewolucji wielokomórkowości są w naszym zasięgu – dodaje.

Wielokomórkowe organizmy ewoluowały niezależnie około 25 razy, jednakże zmiany te zaszły tak dawno temu, że obecnie prowadzenie badań nad tą ewolucją jest bardzo trudne. Prawie niemożliwym jest, aby na podstawie obecnie żyjących organizmów wielokomórkowych wyciągać jakiekolwiek wnioski o ich ekologii, różnorodności, czy ich starodawnych przodkach – mówi autor badań.

Mikroskopowy obraz "Śnieżynki"

Zamiast tego Ratcliff i Travisano chcieli sprawdzić czy uda im się ewoluować organizmy jednokomórkowe do wielokomórkowych. Jako oddziaływania selektywnego użyli oni grawitacji. W cylindrze z płynną pożywką skupiska komórek drożdży osiadały na dno szybciej niż pojedyncze komórki.   Ratcliff hodował tylko te komórki które zatonęły. Po wielu rundach selekcyjnych i około 60 dniach, komórki te wyewoluowały w „śnieżynki” będące wielokomórkowymi tworami.

Wiele organizmów jednokomórkowych tworzy skupiska złożone z różnych genetycznie komórek. Jednakże  „śnieżynki”  Ratcliffa złożone są z identycznych genetycznie komórek, które dzielą się i są ze sobą połączone.  Znaczna część organizmów wielokomórkowych mogła wyewoluować właśnie w podobny sposób, początkowo dzieląc się i później łącząc.

“Śnieżynki” zachowują się jak prawdziwe wielokomórkowe organizmy. Posiadają prosty cykl życiowy z niedojrzałym stadium, w którym rosną nieregularnie i stadium dojrzałym, w którym po osiągnięciu pewnego rozmiaru dzielą się na większe „śnieżynki” rodzicielskie i mniejsze potomne.

Ratcliff może ponadto wpływać na poszczególne stadia rozwoju. Jeżeli hodowane są tylko te skupiska komórek, które opadły na dno najszybciej, wtedy w dojrzałym stadium „śnieżynka” przed podziałem osiąga największy rozmiar. Ta obserwacja potwierdza, że dobór naturalny działa na „śnieżynkę” jak na cały organizm, a nie na pojedyncze komórki wewnątrz skupiska. Przetrwają jako całość, lub umrą jako całość. Selekcja naturalna działa w tym przypadku na poziomie wielokomórkowym. – mówi Ratcliff.

„Śnieżynki” mogą się dzielić ponieważ jedna z komórek składowych poświęca się, pozwalając aby odpadł fragment „śnieżynki”. Te pojedyncze komórki giną dla dobra ogółu, dzięki czemu organizm rodzicielski może kontynuować wzrost i rozwój, a także na produkować duże ilości potomstwa. Odzwierciedla to podziały komórkowe obserwowane w dużo bardziej złożonych organizmach wielokomórkowych, np. w komórkach ciała, które umierają z każdym pokoleniem, czy komórki rozrodcze tworzące docelowo nowy organizm.

Drożdże ewoluowały od wielokomórkowych przodków, więc możliwe jest, iż miały łatwiejsze zadanie w odtworzeniu procesów przejściowych od pojedynczej komórki do „śnieżynki”. Jednakże, co zaznacza autor badań, drożdże stały się organizmami jednokomórkowymi miliardy generacji temu, i prawdopodobnie utraciły w międzyczasie geny odpowiedzialne za wielokomórkowość. Nawet jeśli, Ratcliff chce powtórzyć swój eksperyment z organizmami jednokomórkowymi, które w przeszłości nie były wielokomórkowe, jak na przykład niektóre glony z rodzaju Chlamydomonas.

źródło: "Nature"

red. Tomasz Sznerch