在漫長(zhǎng)的生命進(jìn)化過程中，單細(xì)胞生物是怎么過渡到多細(xì)胞體呢?科學(xué)家們已經(jīng)達(dá)成一致共識(shí)了：5億多年前，地球表面的單細(xì)胞生物開始形成多細(xì)胞簇，zui終變成了植物和動(dòng)物。zui近美國明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員在實(shí)驗(yàn)室用普通的啤酒酵母菌復(fù)制了這一關(guān)鍵進(jìn)化步驟，演示了這一過渡的發(fā)生過程。新實(shí)驗(yàn)方法可應(yīng)用于多細(xì)胞體在癌癥中的功能等許多重要課題的研究。相關(guān)論文發(fā)表在美國《國家*院刊》上。
酵母菌“進(jìn)化”成了多細(xì)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(xì)胞簇并不是隨機(jī)粘在一起的細(xì)胞群，而是互相關(guān)聯(lián)的，它們隨著細(xì)胞分裂而保持連接。這表示它們具有遺傳相似性以促進(jìn)合作。當(dāng)細(xì)胞簇達(dá)到臨界大小時(shí)，一些細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入凋亡過程而死亡，將后代細(xì)胞分隔開來。而后代細(xì)胞簇的繁殖擴(kuò)展也只能到達(dá)它們“父母”所達(dá)到的大小。
研究人員將啤酒酵母菌加入到培養(yǎng)基中，在試管內(nèi)生長(zhǎng)了一天，然后用離心機(jī)攪動(dòng)使試管中的成份分層。當(dāng)混合物穩(wěn)定下來，細(xì)胞簇會(huì)更快地落在試管底部，因?yàn)樗鼈儂ui重。研究人員把這些細(xì)胞簇取出來，轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基中，然后再次攪動(dòng)它們。六輪循環(huán)后，細(xì)胞簇已經(jīng)包含了幾百個(gè)細(xì)胞，看起來就像球形的雪花。
“這種勞動(dòng)分工進(jìn)化得非?？?，以雪花狀集簇的形式不斷繁殖。”國家科學(xué)基金會(huì)環(huán)境生物學(xué)分部代理副主管喬治·吉爾克利斯特說，“通向多細(xì)胞復(fù)合體的*步，好像并沒有理論認(rèn)為的那么艱巨。”
進(jìn)化生物學(xué)家們估計(jì)，這種多細(xì)胞體獨(dú)立地進(jìn)化成了25個(gè)體系，將來通過對(duì)比多細(xì)胞簇留下來的化石，可進(jìn)一步揭示每個(gè)體系中相應(yīng)的發(fā)展機(jī)制和基因異同。新實(shí)驗(yàn)方法可用于對(duì)許多醫(yī)療和生物重要課題的研究，比如多細(xì)胞體在癌癥、老化及其他生物學(xué)關(guān)鍵領(lǐng)域中的功能。
論文合著者、明尼蘇達(dá)大學(xué)的邁克爾·特拉維薩諾說，zui近有人提出，癌癥是一種源自zui初的多細(xì)胞體的化石，而老化的起源也與此類似，通過多細(xì)胞酵母菌可以直接對(duì)此進(jìn)行研究。
“一個(gè)細(xì)胞簇還不能稱為多細(xì)胞體，只有當(dāng)其中的細(xì)胞開始合作，自我犧牲以達(dá)成公共利益并能適應(yīng)變化，這就是向多細(xì)胞體進(jìn)化的一種過渡。” 論文作者之一、明尼蘇達(dá)州立大學(xué)科學(xué)家威爾·拉特克利夫解釋說，要形成多細(xì)胞生物，大部分細(xì)胞要犧牲它們的繁殖能力，這是一種有利整體卻不利于個(gè)體的行為。比如人體的幾乎所有細(xì)胞從本質(zhì)上說就是一個(gè)支持系統(tǒng)，只有精子和卵子負(fù)責(zé)把DNA傳到下一代。所以多細(xì)胞體是由其合作性來定義的。
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