Те, що починалося як одна клітина в 2018 році, невидиме для людського ока, тепер перетворилося на багатоклітинного звіра розміром з блоху.
Триваюче дослідження пивних дріжджів ( Saccharomyce s cerevisiae ), які мутували, щоб залишатися прикріпленими до скупчень у вигляді дріжджів «сніжинки», показує, що може статися з мікроскопічними одноклітинними організмами після тисяч поколінь ретельного відбору.
Коли дослідники з Технологічного інституту Джорджії відібрали найбільші та найшвидше зростаючі кластери дріжджів із п’яти популяцій, покоління за поколінням, вони культивували організм, що містить понад півмільйона клональних клітин — у 20 000 разів більше, ніж його предок.
Отримані результати є неперевершеним прикладом тривалої багатоклітинної еволюції.
«Поглянувши на шкалу еволюції одноклітинних організмів, ми можемо з’ясувати, як вони еволюціонували у все більш складні та інтегровані багатоклітинні організми, і попутно можемо вивчати цей процес», — пояснює біолог-еволюціоніст Вільям Реткліфф з Georgia Tech . .
Сьогодні дані свідчать про те, що життя на Землі почалося з одноклітинних організмів приблизно 3,5 мільярда років тому.
Проте мало відомо про те, як ізольовані клітини, які виглядали й поводилися однаково, еволюціонували в багатоклітинні форми життя зі спеціалізованими тканинами, здатними до координованої діяльності, приблизно два-три мільярди років тому.
Експерименти з дріжджами-сніжинками тепер допомагають експертам спробувати переказати цю історію.
Дослідження називається Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE), і дослідники сподіваються проводити його протягом десятиліть. Перші значні відкриття були зроблені після 3000 поколінь еволюції.
Дослідники кажуть, що окремі популяції дріжджів уже перетворилися з речовин, «слабших за желатин», на речовини, «які мають міцність і міцність деревини».
«Ми виявили, що існував абсолютно новий фізичний механізм, який дозволив групам вирости до такого дуже, дуже великого розміру», — пояснює еволюційний біолог Озан Боздаг.
По-перше, дріжджові клітини в експериментах розвивали більші гілки, що зменшувало загальну щільність організму.
Потім гілки сплутувалися одна з одною, утворюючи скупчення, що нагадує консистенцію сучасних гелів.
Зрештою, ця нова структура зробила організм у 10 000 разів міцнішим, ніж його одноклітинний предок. Уже не така сніжинка.
«Гілочки дріжджів переплуталися, — пояснює Боздаг, — кластерні клітини розвинули поведінку, подібну до виноградної лози, обвиваючись одна навколо одної та зміцнюючи всю структуру».
Ще один важливий висновок експериментів стосувався ролі кисню у встановленні меж еволюційного прогресу.
У молодості Землі не вистачало кисню . Лише після того, як кілька мільярдів років тому особливий тип бактерій « вдихнув життя » в атмосферу, багатоклітинні форми життя, як вважають, справді злетіли.
Еволюція дріжджів-сніжинок у лабораторії підтверджує ідею про те, що кисень був суттєвим обмеженням для перших багатоклітинних форм життя на Землі. В експериментах лише популяції дріжджів, які не покладалися на кисень для виробництва енергії, були здатні еволюціонувати до таких великих розмірів.
З іншого боку, скупчення дріжджів, які потребували кисню, були змушені розподіляти запаси між усіма своїми клітинами, що призводило до додаткових витрат на зростання.
Ці знахідки, кажуть вчені , підкреслюють «важливу роль рівнів кисню в еволюції багатоклітинного розміру».
«Я дуже радий мати модель системи, за допомогою якої ми можемо розвивати раннє багатоклітинне життя протягом тисяч поколінь, використовуючи приголомшливу силу сучасної науки», — каже Реткліфф.
«В принципі, ми можемо зрозуміти все, що відбувається, від еволюційної біології клітини до біофізичних ознак, які безпосередньо піддаються селекції».
Буде захоплююче спостерігати, що станеться з цими дріжджами в наступні роки.
