Из одноклеточных в многоклеточные: ученые продемонстрировали эволюцию в реальном времени
Исследовательская группа профессора Лутца Бекса из Констанцского университета в Германии попыталась объяснить, как одноклеточные организмы становятся многоклеточными. В сотрудничестве с коллегами из Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера они смогли продемонстрировать, что одноклеточные зеленые водоросли Chlamydomonas reinhardtii (Хламидомонада Рейнгардта) за 500 поколений развивают мутации, которые являются первым шагом к многоклеточному организму.
Согласно теории гастреи, предложенной немецким ученым Эрнстом Геккелем в 1866 году, первичный многоклеточный организм мог возникнуть в процессе деления клетки, на первом этапе которого образовались колонии дочерних клеток. Далее в скоплениях таких клеток появились анатомические и функциональные различия, которые привели к дальнейшей специализации. Таким образом мог образоваться многоклеточный организм с разделением функций клеток: одни клетки отвечали за движение, другие за питание и пищеварение.
В соответствии с этой теорией, эволюция групп клеток и последующие шаги к многоклеточности могут происходить только тогда, когда группы клеток лучше воспроизводятся и с большей вероятностью выживают, чем отдельные клетки. Профессор Лутц Бекс и его команда экспериментально проверили условия, которые вызывают переход от одноклеточности к образованию колоний.
Хламидомонада Рейнгардта принадлежит к группе водорослей, которые происходят от одноклеточного предка и проходят через разные стадии эволюционной многоклеточности. Исследователи наблюдали за эволюцией колоний в эксперименте в реальном времени. Они вырастили десять различных клеточных линий водоросли. К некоторым образцам ученые в качестве внешнего фактора естественного отбора добавили животных коловраток, поедающих водоросли. Как подчеркивают исследователи, коловратка легко поедает отдельные клетки, но в колонии клетки выживут с более высокой вероятностью, так как животным труднее поедать колонии целиком.
Анализ клеток после 500 поколений показал, что колонии за это время не только начали мутировать в многоклеточные организмы; более того, колонии с коловратками росли лучше и имели значительно более высокую скорость воспроизводства, чем колонии, растущие без коловраток. Это не только подтвердило основную теорию, но и показало, что эволюционный этап произошел очень быстро: на формирование необходимых 500 поколений ушло около полугода.
Ученые также отметили, что мутации клеток также воспроизводились на уровне генома.
«Мы ожидали, что образования колоний можно добиться с помощью различных механизмов, и мы обнаружим разные мутации. Однако в ходе эксперимента мы наблюдали очень высокий уровень повторяемости одних и тех же мутаций. Это говорит о том, что давление естественного отбора оказывалось очень сильным и имело очень целенаправленный эффект», — говорит Бекс.
