Ученые раскрыли ключевой механизм происхождения биологической сложности
Исследователи из Университета Миннесоты под руководством постдока Уильяма Рэтклиффа и профессора Майкла Трэвизано экспериментально превратили одноклеточные водоросли в многоклеточные, которые размножаются, рассеивая отдельные клетки. Это проливает свет на давнюю загадку: почему сложные организмы используют для размножения одиночные клетки (яйцеклетки и сперматозоиды).
Ход эксперимента и открытие
- В статье в Nature Communications ученые описали, как создали многоклеточный штамм, многократно отбирая и культивируя водоросли, быстро оседавшие на дно пробирки.
- После 73 раундов отбора в одной из пробирок водоросли стали многоклеточными.
- Новые организмы размножались, активно распадаясь и высвобождая подвижные одиночные клетки, которые затем вырастали в новые кластеры.
Значение открытия
- Ранее считалось, что "бутылочное горлышко" из одной клетки (одноклеточная стадия размножения) возникло после появления многоклеточности, чтобы снизить конфликты интересов между клетками организма.
- Данный эксперимент показывает, что этот ключевой признак возник одновременно с многоклеточностью.
- Математическая модель подтвердила репродуктивное преимущество стратегии с одиночными клетками: хотя их выживаемость ниже, чем у более крупных пропагул, этот недостаток с лихвой компенсируется их огромным количеством.
Будущие исследования
Ученые сотрудничают с коллегами из Университета Монтаны, чтобы:
- Найти генетическую основу многоклеточности.
- Экспериментально эволюционировать еще большую многоклеточную сложность.
"В этом эксперименте мы воспроизвели один из первых шагов в происхождении многоклеточности, показав, что два ключевых эволюционных шага могут происходить гораздо быстрее, чем предполагалось", — отметил Майкл Трэвизано.
Эта работа развивает предыдущее знаменитое исследование, в котором ученые получили многоклеточность у дрожжей. Новый эксперимент инициировал многоклеточность у организма, который никогда не имел многоклеточных предков, и предлагает новую гипотезу о происхождении одноклеточной стадии в жизненных циклах сложных организмов.