Изследователи се заемат със задачата да разберат еволюцията на многоклетъчния живот, провеждайки новаторски дългосрочен еволюционен експеримент с помощта на обикновени дрожди - едноклетъчни гъби, често използвани като моделен организъм.
Екипът от Технологичния институт в Джорджия има за цел да стимулира еволюцията на нови видове многоклетъчни организми в лабораторни условия, изхождайки от едноклетъчни предци.
Изследването, публикувано в списание Nature, има за цел да хвърли светлина върху слабо проучения преход от едноклетъчни организми към сложни многоклетъчни видове, който е настъпил преди милиони години и чиито ранни форми до голяма степен са изчезнали.
Ненадмината многоклетъчна еволюция от 3000 поколения
Днес доказателства сочат, че животът на Земята е започнал с едноклетъчни организми преди приблизително 3,5 милиарда години.
И все пак малко се знае за това как отделните клетки, които изглеждат и се държат еднакво, са еволюирали в многоклетъчни форми на живот със специализирани тъкани, способни на координирана дейност, преди приблизително два до три милиарда години, както показват предишни изследвания.
Изследването е дало представа за еволюцията на многоклетъчните организми чрез изучаване на мутирала бирена мая (Saccharomyces cerevisiae), съобщава Science Alert.
В продължение на хиляди поколения на внимателна селекция дрождите претърпяват значителни промени, образувайки големи клъстери, съдържащи над половин милион клонирани клетки - размер, който е 20 000 пъти по-голям от този на техния прародител. Това изследване представя забележителен пример за устойчива многоклетъчна еволюция.
Наблюдавайки дрождите, учените могат да получат ценни сведения за това еволюционно приключение. След 3000 поколения еволюция популациите на дрождите демонстрират забележителни трансформации, преминавайки от желатиноподобни субстанции към структури със здравината и издръжливостта на дърво.
Клъстерите от дрожди тип "снежинка" достигат от ~100 клетки на клъстер (лявата епруветка) до почти половин милион клетки на клъстер (дясната епруветка). Кредит: Georgia Institute of Technology
Изследователите идентифицират нов физически механизъм, който стои зад растежа на дрождите. Клетките на дрождите развиват по-големи разклонения, намалявайки общата плътност, и тези разклонения се преплитат, образувайки клъстер с гелообразна консистенция.
Тази нова структура направила организма 10 000 пъти по-здрав от неговия едноклетъчен прародител. Клетките на дрождите проявявали поведение, подобно на това на лианите, като се увивали една около друга и укрепвали цялата структура.
Тези открития хвърлят светлина върху еволюционните процеси, които са улеснили прехода от едноклетъчни организми към многоклетъчни форми на живот. Изследването демонстрира как един едноклетъчен организъм може да еволюира в сложен и интегриран многоклетъчен организъм в продължение на хиляди поколения подбор, предлагайки ценни прозрения за произхода на многоклетъчността.
Ролята на кислорода в многоклетъчната еволюция
Експериментите с дрожди довеждат до друго важно откритие, свързано с ролята на кислорода в еволюционния прогрес. В ранната история на Земята кислородът е бил оскъден, докато преди милиарди години специфичен вид бактерии не го въвеждат в атмосферата, което се смята, че е улеснило появата на многоклетъчни форми на живот.
Еволюцията на дрождите в лабораторни условия дава подкрепа на идеята, че кислородът е изиграл решаваща роля за формирането на първите многоклетъчни организми на Земята.
Вътрешна структура на дрождите. Изследователите заснемат хиляди ултратънки срезове на дрожди с помощта на сканиращ електронен микроскоп. Кредит: Georgia Institute of Technology
Експериментите разкриват, че само популации дрожди, които не разчитат на кислорода за производството на енергия, са способни да еволюират до по-големи размери. За разлика от тях клъстерите от дрожди, зависещи от кислорода, е трябвало да разпределят ресурсите си между всички клетки, което налага нуждата от допълнителни разходи за растеж.
Тези открития подчертават значението на нивата на кислород за еволюцията на многоклетъчните организми и техния размер. Възможността да се наблюдава еволюцията на ранните многоклетъчни форми на живот в продължение на хиляди поколения с помощта на дрожди предоставя интересна възможност за изучаване на различни аспекти, включително еволюционната клетъчна биология и биофизичните признаци, подлежащи на естествен подбор.
Изследователите, заявяват в прессъобщение, че очакват по-нататъшни открития в бъдеще, докато продължават да наблюдават поведението и еволюцията на този вид дрожди.
Справка: Bozdag, G.O., Zamani-Dahaj, S.A., Day, T.C. et al. De novo evolution of macroscopic multicellularity. Nature 617, 747–754 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06052-1
Източник: A Common Fungus Evolved to Grow 20,000 Times Bigger in Just a Few Years sciencealert
Още по темата
Животът
Акробатичните хоанофлагелати обясняват как са еволюирали многоклетъчните
Животът
Гъба на милиард години е най-древният многоклетъчен сухоземен организъм, намиран досега
Животът
Еволюция на живо: Как едноклетъчни се развиват в многоклетъчен организъм (видео)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари