有趣的多細胞故事
日期：2012-01-18 09:02:59
來自美國明尼蘇達大學等處的研究人員發(fā)表了題為“Experimental evolution of multicellularity”的文章，通過單細胞釀酒酵母的實驗研究，發(fā)現(xiàn)酵母細胞集群比單個細胞在液體中的定居速度更快，這說明從單細胞到多細胞的轉(zhuǎn)變的最初關鍵步驟的進化速度可能比此前認為得更快。相關成果公布在《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜志上。
文章的通訊作者是明尼蘇達大學進化生物學家Michael Travisano，他帶領其博士后Will Ratcliff，以及其他同事共同完成了這項研究，Ratcliff博士表示，“我們進行了顯微觀察，發(fā)現(xiàn)這些細胞能形成集群，這一集群具有多細胞生命的特性。”
從單細胞到多細胞是生物從低級向高級發(fā)展的一個重要過程，代表了生物進化史上一個極為重要的階段。有關多細胞生命的進化一直以來，都是進化生物學家爭論的焦點之一，細胞聚集在一起，為群體的利益合作，這與達爾文的自然選擇學說并不統(tǒng)一。然而多細胞特性已經(jīng)在自然界里經(jīng)歷了二十多次的進化，從而演變成為了目前我們熟悉的世界。
為了能更好的了解這一從單細胞向多細胞演化的過程，研究人員進行了深入分析，他們首先釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）生活在一種特殊環(huán)境中——在這種環(huán)境中，多細胞被認為是一種適應性的性狀，這是建立在一個事實的基礎上，即酵母細胞集群比單個細胞在液體中的定居速度更快。
在60天的快速定居選擇中，全部實驗酵母種群都以多個附著細胞的雪花樣集群為主，這是由在細胞分裂之后仍然相互粘著的細胞形成的。這種集群顯示出了幾種多細胞性狀，包括通過產(chǎn)生雪花樣子代集群的多細胞“生殖芽”進行繁殖以及一個幼年階段的出現(xiàn)。
當定居選擇的強度發(fā)生變化的時候，雪花酵母通過在多細胞層次而非單細胞層次上對變化進行了適應，這表明整個細胞集群作為一個整體進行進化。研究人員還發(fā)現(xiàn)集群內(nèi)部的勞動分工的進化：大多數(shù)細胞仍然活著并能進行繁殖，但是少部分細胞進行了程序細胞死亡，或者說細胞凋亡。凋亡的細胞起到了多細胞集群中的斷裂點的作用，讓雪花酵母調(diào)控它們產(chǎn)生的后代的數(shù)量和尺寸。這些發(fā)現(xiàn)提示多細胞復雜性的關鍵特性可以在一種單細胞真核細胞中容易地進化出來。
Whitehead生物醫(yī)學研究所的進化生物學家Mansi Srivastava對這項研究表示贊賞，他說，“這項研究證明了多細胞化能如此快速的進行，令人激動”，“從那些化石記錄中，我們了解到無論何時進化成多細胞的這個過程都是一個漫長的時期，而這項研究表明這個過程其實很快。”
