Різне

Неймовірні дослідження повторюють перехід від одноклітинного до багатоклітинного життя

Неймовірні дослідження повторюють перехід від одноклітинного до багатоклітинного життя


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Зростання багатоклітинності стало основним переходом в еволюції і створило стадію для безпрецедентного збільшення складності, особливо у наземних рослин і тварин. Однак, незважаючи на його майже неперевершену важливість, вчені так і не змогли прийти до чіткої відповіді на те, чому це справді сталося взагалі.

ДИВІТЬСЯ ТАКОЖ: АНІГІЛЯЦІЯ ТА РЕАЛЬНІСТЬ ГЕНЕТИЧНИХ МУТАЦІЙ

Як і чому підвищується складність організму - це центральні питання еволюційної біології. Як максимальний, так і середній рівні складності зросли в геометричній прогресії від зародження життя до сьогодні (хоча переважна більшість форм життя залишаються простими).

Практично незбагненно порівняти амебу зі слоном і зрозуміти, що десь внизу еволюційного дерева у них обох є спільний предок. Це велике збільшення складності організму було теоретично результатом низки подій, в яких існуючі особини поєднувались, щоб стати компонентами нового виду індивідууму, а частини, спеціалізовані для виконання різних ролей.

Принаймні, це була превалююча теорія, але не було вагомих доказів, що підтверджували б це ... дотепер.

Нові дослідження від групи, яка працювала в Університеті Монтани, нарешті надала докази принаймні однієї потенційної причини цього головного переходу. Використовуючи порівняно просту експериментальну установку, вчені змогли спостерігати перехід одноклітинних водоростей у багатоклітинні колонії при ізоляції під інтенсивним селективним тиском хижака.

Це дивовижний і потенційно неоціненний розвиток у галузі еволюційної біології, який може сильно вплинути на наше розуміння того, як насправді працює життя, а також на наше місце серед нього.

У чому велика проблема багатоклітинності?

Майже все макроскопічне життя є багатоклітинні. Але існування цього стану буття є результатом еволюційних процесів, а не початковою умовою.

Насправді це, здається, загальний результат, адже, як виявляється, багатоклітинні організми насправді еволюціонували від одноклітинних предків десятки разів! Тварини, рослини, гриби та безліч інших істот походять від різних одноклітинних предків.

Але незважаючи на те, що процес є таким мабуть, сприятливого характеру, ми не могли точно сказати, як насправді відбувалися переходи. Два основних підходи до вивчення цього, порівняльні методи та скам'янілості, за своєю суттю були повністю ретроспективними. І хоча обидва підходи були критично важливими для нашого розуміння ранньої багатоклітинної еволюції, кожен має свої обмеження.

З одного боку, мало або взагалі відсутні копалини, які мають відношення до перших кроків на шляху переходу від одноклітинного до багатоклітинного життя для більшості багатоклітинних груп. А порівняльні методи страждають через відсутність проміжних форм між цікавими нами багатоклітинними організмами та їхніми одноклітинними родичами.

І немає реального способу дізнатись, чи є ці родичі більш ніж просто поганим наближенням свого спільного предка, оскільки обидві групи розвиваються незалежно один від одного, коли вони розходяться.

Завжди було важливо вдосконалити ці підходи до дослідження, оскільки знання більше про цей фундаментальний перехід в еволюції допомогло б нам зрозуміти більші тонкощі в рамках більших будівельних блоків життя. Проблема в тому, що не було чіткого способу зробити це. До цього часу ...

Чим відрізняється це дослідження?

Нове дослідження є настільки важливим, оскільки воно шукало нове рішення, яке лише колись теоретизувалось для вивчення багатоклітинного переходу -тиражувати його.

Теоретично, якби можна було перетворити одноклітинні організми на багатоклітинні в лабораторних умовах, це дозволило б в режимі реального часу спостерігати за морфологічними, розвитку та генетичними змінами, що супроводжують перехід до багатоклітинного життя. Усі дані, які можуть виявитися безцінними для поточних досліджень.

Важко перебільшити, наскільки неможливо, щоб усі в цій галузі думали, що щось подібне є. Проблема була просто надто складною, із занадто великою кількістю змінних, які, як вважалося, діють разом протягом надзвичайно тривалих періодів часу, щоб породити багатоклітинність.

Але вчені, які працювали над цим дослідженням, мали теорію, згідно з якою ретельно відібраний одноклітинний кандидат і лише один тип селективного тиску можуть дати їм результати, яких вони шукали.

Але яка еволюційна сила може бути досить потужною, щоб зробити це все самостійно? Відповідь, як виявляється, зводиться до найпростішої і найдавнішої боротьби на Землі:

Хижацтво.

Багатоклітинні інструкції:

Хижацтво вже давно висловлюється як правдоподібний селективний тиск, який може пояснити принаймні деякі джерела багатоклітинності, оскільки більшість хижаків можуть споживати здобич лише у вузькому діапазоні розмірів (IE, що стає багатоклітинним, робить їх занадто великими, щоб їх можна було з'їсти).

Крім того, оскільки хижі хижаки, що живляться фільтром, поширені у водних екосистемах, а водорості, розмір яких перевищує пороговий розмір, значною мірою не застраховані від них, дослідники припустили, що цей `` поріг хижацтва '' може пояснити еволюцію багатоклітинності у стародавніх одноклітинних водоростях .

Звичайно, що ще важливіше, вони вірили, що зможуть це повторити.

Вони придумав експеримент в якому вони використовували інфузорійний хижак (одноклітинна крапля, яка рухається, використовуючи маленькі «волосяні» мотори, що називаються війками), відома як Paramecium Tetraurelia, для відбору для спонтанного розвитку багатоклітинної популяції одноклітинних водоростей.

Зроблено 5 контрольних та 5 відібраних хижаками популяцій водоростей, а потім дозволив їм безперешкодно рости, переносячи частини кожної проби в свіже середовище щотижня. Вони робили це трохи менше року, що дорівнювало ~ 750 поколінням для водоростей, і робили спостереження по ходу.

Їх результати були незаперечними.

Неймовірні результати:

На кінець своїх випробувань дві з п’яти вибраних хижаків популяцій розвинули прості багатоклітинні структури, тоді як жодна з контрольних популяцій не мала нічого подібного до цього.

Навіть неймовірніше, що вони змогли показати, що ці зміни були не просто клітинами, що агрегуються разом, а насправді були частиною нових, успадкованих багатоклітинних життєвих циклів, які самостійно еволюціонували у штамах водоростей.

Крім того, вчені далі показують, що ці нові багатоклітинні життєві цикли стабільні протягом тисяч поколінь, а це означає, що, крім того, щоб просто захистити їх від хижаків, водорості відчували певну перевагу у фітнесі через свою адаптацію.

І найголовніше з того, що у водоростей, обраних для цього тесту, не було багатоклітинних предків, ці експерименти представляють абсолютно нове походження облігатної багатоклітинності. Це відкриття, яке змінює жанр для клітинних біологів, оскільки ці результати показують, що перехід до простого багатоклітинного життєвого циклу може відбутися швидко у відповідь на екологічно важливий селективний тиск.

Незважаючи на те, що це, безумовно, величезне досягнення для галузі, ще багато чому можна навчитися і залишиться для аналізу ціла кількість даних.

Чи були гени багатоклітинності всередині водоростей і їм просто потрібна була зміна експресії, щоб почати працювати? Чи можна було б побачити ті самі результати в одноклітинних організмах з інших типів?

Ми можемо ще не знати відповіді на всі ці питання, але наразі ми можемо знати, що ми на крок ближче до їх вивчення. А також лише трохи більше поінформованих про те, як ми з’явились, і про своє місце у світі.

До наступного разу насолоджуйтесь своїм місцем як багатоклітинна істота, що знаходиться на вершині харчового ланцюга!


Перегляньте відео: Одноклітинні твариноподібні організми. (Може 2022).