Jedną z wielkich zagadek w nauce była ewolucja organizmów jednokomórkowych w niewiarygodnie szeroką gamę flory i fauny, którą widzimy dzisiaj. Jak Ziemia zmieniła się z początkowo pozbawionej życia kuli skalnej w kulę zaludnioną tylko przez jednokomórkowe organizmy w świat pełen bardziej złożonego życia?
Jak rozumieją to naukowcy, organizmy jednokomórkowe zaczęły ewoluować w bardziej złożone formy ponad 500 milionów lat temu, gdy zaczęły tworzyć skupiska wielokomórkowe. Nie rozumie się tylko, jak ten proces się wydarzył. Ale teraz biolodzy są o krok bliżej wymyślenia tej zagadki, z powodzeniem powielając ten kluczowy krok - używając składnika powszechnego w produkcji chleba i piwa - zwykłych drożdży piwowarskich (Saccharomyces cerevisiae). Pomagając rozwiązać zagadki ewolucyjne tutaj, na Ziemi, ma również wpływ na kwestię ewolucji biologicznej na innych planetach lub księżycach.
Wyniki zostały opublikowane w zeszłym tygodniu w numerze Materiały z czasopisma National Academy of Sciences (PNAS).
Drożdże są mikroskopijną formą grzybów; są jednokomórkowe, ale mogą stać się wielokomórkowe poprzez utworzenie szeregu połączonych pączkujących komórek, jak w pleśniach. Eksperymenty oparte były na tym fakcie i były zaskakująco proste, po prostu nie zostały wcześniej przeprowadzone, według Will Ratcliffa, naukowca z University of Minnesota (UMN) i współautora artykułu. „Nie sądzę, żeby ktokolwiek wcześniej tego próbował”, powiedział, dodając: „Niewiele jest naukowców zajmujących się ewolucją eksperymentalną, a oni próbują odpowiedzieć na pytania dotyczące ewolucji, a nie odtworzyć ją”.
Sam Scheiner, dyrektor programowy w dziale biologii środowiska NSF, dodaje również: „Aby zrozumieć, dlaczego świat jest pełen roślin i zwierząt, w tym ludzi, musimy wiedzieć, w jaki sposób jednokomórkowe organizmy przeszły na życie jako grupa, ponieważ organizmy wielokomórkowe. To badanie jako pierwsze zaobserwowało eksperymentalnie tę przemianę, przedstawiając wydarzenie, które miało miejsce setki milionów lat temu. ”
Uważano, że krok w kierunku złożoności wielokomórkowej był trudny, ewolucyjną przeszkodę, którą bardzo trudno byłoby pokonać. Nowe badania sugerują jednak, że może to wcale nie być takie trudne.
Pierwszy eksperyment zajął tylko 60 dni, aby uzyskać wyniki. Drożdże najpierw dodano do kultury bogatej w składniki odżywcze, a następnie pozwolono komórkom rosnąć przez jeden dzień. Następnie stratyfikowano je według wagi za pomocą wirówki. Klastry komórek drożdży wylądowały na dnie probówek. Następnie proces ten powtórzono, pobierając klastry komórkowe i ponownie dodając je do świeżych kultur. Po sześćdziesięciu cyklach skupienia komórek zaczęły wyglądać jak kuliste płatki śniegu, złożone z setek komórek.
Najbardziej znaczącym odkryciem było to, że komórki nie tylko grupowały się i sklejały losowo; klastry składały się z komórek, które były genetycznie spokrewnione ze sobą i pozostawały przyłączone po podziale komórek. Kiedy gromady osiągnęły „masę krytyczną”, niektóre komórki zmarły, proces znany jako apoptoza, który pozwala potomstwu się rozdzielić.
Mówiąc wprost, jest to proces prowadzący do życia wielokomórkowego. Jak opisuje Ratcliff: „Sam klaster nie jest wielokomórkowy. Ale kiedy komórki w gromadzie współpracują, poświęcajcie się dla wspólnego dobra i dostosowujcie się do zmian, to ewolucyjne przejście do wielokomórkowości ”.
Więc następnym razem, gdy pieczycie chleb lub warzycie własne piwo, weźcie pod uwagę fakt, że te małe, małe komórki drożdży mają o wiele większe znaczenie niż tylko przydatna rola w kuchni - pomagają również rozwiązać niektóre z największych tajemnic życia zaczęło się, zarówno tutaj, jak i gdzie indziej.
