Физические силы могли подтолкнуть эволюцию многоклеточной жизни
Почему и как эволюционировала многоклеточная жизнь, остаётся загадкой. Первый известный случай многоклеточности произошёл около 2.5 миллиардов лет назад. Исследование из Marine Biological Laboratory (MBL), опубликованное в Nature Physics, предлагает пример того, как физические силы могли способствовать этому переходу.
Много ртов лучше, чем один
Учёные изучили Stentor — гигантскую одноклеточную инфузорию длиной до 2 мм. В лаборатории Stentors образуют динамические колонии, где клетки не срастаются, но их основания сближаются.
Количественный анализ потоков жидкости показал, что два соседних Stentor в колонии могут удвоить скорость потока воды в свои "рты" по сравнению с одиночной особью. Это позволяет им засасывать больше добычи и более быстро плавающую добычу за счёт создания более сильных вихрей.
"Любит — не любит"
Однако выгода от соседства распределяется неравномерно: более слабая особь получает больше преимуществ, чем сильная. Кроме того, пары Stentor демонстрируют колебательное поведение: они сближают свои "рты", увеличивая потоки, но затем неизбежно отдаляются друг от друга.
Математическое моделирование гидродинамики колонии, проведённое соавторами, показало "непостоянство" в колонии: особи постоянно меняют соседних партнёров. В результате все клетки в колонии в среднем получают более сильные потоки для питания.
"В колонии, даже если особь отдаляется от одного соседа, она фактически приближается к другому", — пишет команда. Это имеет эволюционный смысл, так как особи стремятся к наиболее выгодному энергетическому результату.
Всего лишь фаза
Колонии Stentor эфемерны — они распадаются даже от лёгкого толчка стола. Учёные заметили, что при обилии пищи Stentor остаются в колониях, но когда пищу убирают и она становится скудной, особи отделяются и переходят в режим индивидуального поиска.
"Люди поступают так же, — говорит ведущий автор Шашанк Шекхар. — Когда ресурсов и добычи много, мы сотрудничаем. Но когда ресурсы сокращаются, каждый сам за себя".
Мы не клоны
В отличие от других моделей ранней многоклеточности (например, водоросли Volvox cateri), где колонии образуются из генетически идентичных клеток, эфемерные колонии Stentor состоят из генетически различных особей.
Учёныe полагают, что их модель с Stentor представляет более раннюю стадию эволюции, чем другие известные модели.
"Это более ранний этап эволюции, когда счастливые одиночные клетки сказали: "Давайте держаться вместе и получать выгоду, но потом вернёмся к одиночной жизни". Многоклеточность ещё не стала постоянной", — говорит Шекхар.