Многоклетъчният живот се е появявал многократно (видео)

Ваня Милева Последна промяна на 29 март 2023 в 00:00 6641 0

Dictyostelium discoideum се използва за изучаване на произхода на многоклетъчността

Кредит Joan Strassmann

"Охлювите" на слузната плесен Dictyostelium discoideum дават представа за еволюционния произход на многоклетъчността

Едноклетъчните организми, които се групират и си сътрудничат, дават интересен поглед върху произхода на многоклетъчния живот, подсказвайки, че тази стъпка може да се е случвала често.

Наскоро бе описано страното поведение на Stentor coeruleus - едноклетъчен организъм с дължина до 2 милиметра. Той е протист - едноклетъчен организъм, който е еукариот, което означава, че има сложна вътрешна структура и е по-сроден с животните, растенията и гъбите. отколкото с бактериите. Когато си говорим за еукариоти - т.е. организми с клетки, които са по-големи и по-сложни от тези на бактериите - е лесно да забравим за малките, едноклетъчни, а все се фокусираме върху многоклетъчните видове. Но изучавайки протистите и другите едноклетъчни еукариоти, можем да разберем как са се появили по-големите организми със специализирани клетки, тъкани и органи - като нас.

Забележителното за S. coeruleus е, че те могат да се обединяват, за да подобрят ефективността на храненето за всички. Всяка клетка е голяма и тръбовидна и използва изпъкналости, наречени реснички, за да завихря водата, което им позволява да засмукват повече храна. Наблюдавайки тези организми в лабораторни условия, Шашанк Шекхар (Shashank Shekhar) от Университета "Емори" в Атланта, Джорджия, забелязва, че някои клетки престават да плуват свободно, а се залепват за чинията и образуват колонии. Когато клетките поставят тръбовидните си краища един до друг, те създават по-силни вихри, които могат да засмукват повече храна. Откритието показва как клетките може би първо са се групирали, за да подобрят храненето в полза на всички, но тази връзка е временна при S. coeruleus. Отделните клетки идват и си отиват свободно, те не се слепват заедно.

Клетки на Stentor coeruleus, образуващи колония. Кредит: Shekhar et al

Ако клетките не са започнали да си сътрудничат и да се групират заедно, на нашата планета никога нямаше да се появят макроскопичните животни, растения и гъби, които сме свикнали да виждаме днес. Тази преходна стъпка може да се е случила за първи път преди повече от 1,5 милиарда години, така че, за да разберем как може да се е случило това, се обръщаме към едноклетъчните организми, които са живи днес, и се надяваме, че те могат да ни помогнат да заключим нещо за този голям еволюционен крайъгълен камък.

Друг вид организми, изучавани по тази причина, са слизестите плесени - протисти, които всъщност не са плесени и имат както едноклетъчни, така и многоклетъчни етапи от живота си. Най-познатият от тях е Dictyostelium discoideum - необикновен малък организъм, който се храни като свободно живеещи амеби, когато има достатъчно храна, но се обединява в едно многоклетъчно тяло, когато храната е оскъдна. Клетките се събират и образуват микроскопичен организъм с форма на охлюв (вж. снимката най-горе), който пълзи, преди да развие плодно тяло, да се прикрепи към субстрат и да освободи спори, които се разпръскват и разпространяват на нови места.

Тук виждаме как амебата Dictyostelium Discoideum се обединява, за да образува мигриращ "охлюв", а след това и плодно тяло (плодното тяло израства и остава извън кадъра). Кредит: Vijay Ramani

Въпреки че D. discoideum изглежда използва многоклетъчността като отговор на оскъдната храна, има и други фактори на околната среда, които могат да подтикнат клетките да работят заедно. Един от тях е хищничеството.

Експеримент от 2019 г. излага пет популации от едноклетъчното зелено водорасло Chlamydomonas reinhardtii на друг вид едноклетъчен организъм, който го изяжда, наречен Paramecium tetraurelia. Изследователите установяват, че две от популациите на C. reinhardtii реагират, развивайки многоклетъчни структури, които сякаш им помагат да се предпазят от изяждане, вероятно защото е трудно да се атакува нещо, което е физически по-голямо по размер. Установено е, че друг вид зелени водорасли, Chlorella sorokiniana, стават многоклетъчни в присъствието на различни хищници, но този трик е ефективен само за защита от някои от тях.

Многоклетъчността е едно от онези неща, които са толкова преплетени с представите за сложност и движението напред на еволюцията, че може да се почувства, че трябва да е едно от онези единични еволюционни събития: момент, който се е случил веднъж или може би два пъти и може би е бил твърде труден за да се повтори някога отново. Но се оказва, че преминаването от едноклетъчен към многоклетъчен живот всъщност се е случвало доста пъти в историята на нашата планета. Може би изненадващо не е толкова труден преходът към многоклетъчен живот. Но намирането на начин за изучаването му е. Много от тези скокове са се случили твърде отдавна и еволюцията е премахнала организмите, чиито тела съдържат историята за това как те или техните предци са преминали от самостоятелен живот към обединяване с други.
Но за щастие, волвоциновите водорасли са извършили този преход много по-скоро - вероятно преди около 200 милиона години. И заради това разполагаме с градиент на клетъчна сложност, който започва с едноклетъчния Chlamydomonas, преминава към колониалните струпвания на клетки, които изграждат гониума чрез pleodorina, и след това ни води до многоклетъчния волвокс

Всички тези организми вероятно са развили гъвкавите си стратегии за живот от самостоятелен към съвместен живот като начин да оцелеят в своята среда.

Но някои експерименти показват, че е възможно да се подтикне напълно едноклетъчен организъм да развие многоклетъчен начин на живот. През 2011 г. в рамките на един експеримент едноклетъчните дрожди Saccharomyces cerevisiae са били подтикнати да развият многоклетъчен начин на живот, като са били подбрани и размножени клетките, които са потънали на дъното на епруветките. Аргументацията е, че всички клетки, които случайно се събират заедно, образуват тежък куп и потъват, така че чрез многократно събиране и размножаване на най-тежката част от клетките на дрождите от дъното на техните епруветки може да се стимулира еволюцията на многоклетъчните дрожди. Всъщност екипът установява, че популациите им от дрожди бързо еволюират, за да заживеят като многоклетъчни структури, които са приблизително сферични и приличат на снежинки.

За удивително кратко време подходящата среда може да накара едноклетъчните дрожди да се развият в многоклетъчни колективи „дрожди снежинки“ със сложни форми и нови физически свойства. Кредит: Ratcliff Lab, Georgia Tech

Въпреки че не можем да кажем с категоричност как едноклетъчният живот е еволюирал до сложни многоклетъчни организми, експериментите с използване на слузести плесени, водорасли, дрожди и други микроскопични видове помагат да се разгадаят причините за този преход и дават възможност на изследователите да проучат видовете генетични промени и клетъчна комуникация, които биха могли да бъдат включени.

Когато за пръв път видите кадри, на които се вижда как нещо като слузеста плесен или S. coeruleus се групира, имате чувството, че наблюдавате рядък, забележителен поглед към произхода на многоклетъчността. Но когато осъзнаете колко много различни едноклетъчни организми могат да бъдат накарани да се обединят и привидно да си сътрудничат, започвате да се чудите дали това все пак не е толкова уникално и може би се е случвало много пъти в еволюционната история на живота.

Справка:

Evolutionary crossroads in developmental biology: Dictyostelium discoideum
Pauline Schaap,  Development (2011) 138 (3): 387–396.
https://doi.org/10.1242/dev.048934

Herron, M.D., Borin, J.M., Boswell, J.C. et al. De novo origins of multicellularity in response to predation. Sci Rep 9, 2328 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-39558-8

The costs and benefits of multicellular group formation in algae Get access Arrow
Stefania E. Kapsetaki, Stuart A. West, Evolution, Volume 73, Issue 6, 1 June 2019, Pages 1296–1308, https://doi.org/10.1111/evo.13712

Experimental evolution of multicellularity
William C. Ratcliff , R. Ford Denison, Mark Borrello, and Michael Travisano
January 17, 2012 109 (5) 1595-1600 https://doi.org/10.1073/pnas.1115323109

Източник: How did multicellular life evolve? Algae and yeast give some hints, Penny Sarchet, New Scientist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !