Świat bez organizmów wielokomórkowych byłby wyjątkowo nudny. Zabierając wszystkie rośliny, zwierzęta i grzyby, nasza planeta przypominałaby wilgotniejszą i bardziej zieloną wersję Marsa. Ale przecież organizmy wielokomórkowe nie pojawiły się de novo – wyewoluowały z prostszych, jednokomórkowych przodków. Jak do tego doszło, nie wiadomo. Nie ma też jak tego sprawdzić, bo wczesne organizmy wielokomórkowe po prostu wymarły.
Czytaj też: Drożdże piekarskie z ważnymi ludzkimi genami. Pierwsza taka chimera w historii
Naukowcy z Georgia Tech postanowili dosłownie wziąć ewolucję w swoje ręce. Zespół kierowany przez prof. Williama Ratcliffa zainicjował eksperyment mający na celu ewolucję nowych organizmów wielokomórkowych z jednokomórkowych, odtwarzając tym samym proces, który zaszedł setki milionów lat temu, ale w warunkach laboratoryjnych. Efekty zaskoczyły wszystkich – opisano je w Nature.
Prof. William Ratcliff mówi:
Koncepcyjnie chcemy zrozumieć, w jaki sposób proste grupy komórek ewoluują w organizmy, ze specjalizacją, skoordynowanym wzrostem, wyłaniającymi się wielokomórkowymi zachowaniami i cyklami życia – tym, co odróżnia bezwładną masę komórek od organizmu zdolnego do trwałej ewolucji. Zrozumienie tego procesu jest głównym celem eksperyment.
Ewolucja na podglądzie
Uczeni obserwowali, jak modelowy organizm, na który wybrano drożdże Saccharomyces cerevisiae, przeobrażał się w ciągu 3000 pokoleń z postaci jednokomórkowej w struktury wielokomórkowe. Były one fizycznie silniejsze i ponad 20 tys. razy większe od formy wyjściowej (przodka). To pokazuje, jak mogło dojść do prawdziwej ewolucji organizmów jednokomórkowych w wielokomórkowe.
Czytaj też: Drożdże to seryjni zabójcy. Pozbawione glukozy, zabiją nawet własne potomstwo
Jest to pierwszy ważny meldunek na temat trwającego eksperymentu Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE), który ma trwać przez dziesięciolecia. Projekt został zapoczątkowany w 2018 r. przez dr Ozana Bozdaga od jednokomórkowych drożdży w kształcie płatków śniegu. Celowo wybrano taki organizm, gdyż wszystkie znane linie wielokomórkowe zaczęły się od małych i prostych organizmów, by z czasem stać się większe i bardziej złożone. Od bycia niewidocznymi gołym okiem do wielkości muszek owocowych, zawierających ponad pół miliona komórek, drożdże rozwinęły nowe właściwości materiałowe: choć początkowo były słabsze niż żelatyna, ewoluowały, by być tak mocne i wytrzymałe jak drewno.
Badacze zauważyli, że same komórki drożdży wydłużyły się, co spowolniło akumulację naprężeń międzykomórkowych, które normalnie powodowałyby pękanie klastrów, umożliwiając powiększanie się grup. Kiedy naukowcy użyli skaningowego mikroskopu elektronowego by zajrzeć do wnętrza klastrów komórek, byli zaskoczeni.
Czytaj też: Ewolucja człowieka wcale się nie skończyła. Odkryto 155 nowych genów
Dr Ozan Bozdag mówi:
Odkryliśmy, że istnieje zupełnie nowy mechanizm fizyczny, który pozwolił grupom urosnąć do tak dużych rozmiarów. Gałęzie drożdży stały się splątane – komórki klastra ewoluowały jak winorośl, owijając się wokół siebie i wzmacniając całą strukturę.
Wybierając sam rozmiar organizmu, naukowcy odkryli, jak wykorzystać biomechaniczny mechanizm splątania, który ostatecznie sprawił, że drożdże stały się około 10 tys. razy twardsze jako materiał. Było to punktem zwrotnym w zrozumieniu, w jaki sposób ewoluują proste grupy wielokomórkowe. Badania sugerują, że inne grzyby również tworzą wysoce splątane ciała wielokomórkowe, co może wskazywać, że mechanizm ten jest powszechną i ważną cechą wielokomórkowej gałęzi życia.