Wielokomórkowa ewolucja z probówki
Ponad 200 mln lat temu doszło do jednego z najważniejszych wydarzeń w ewolucji życia: pojedyncze komórki po raz pierwszy połączyły się w organizm wielokomórkowy. Amerykańscy naukowcy osiągnęli niedawno podobny efekt w laboratorium. Sprawili, że jednokomórkowe drożdże, a następnie również glony, stworzyły wielokomórkowy organizm w probówkach. Powstanie żywych organizmów, składających się z wielu komórek, było ogromnym skokiem w rozwoju ewolucji życia na Ziemi. Organizmy wielokomórkowe powstały w wyniku ewolucji kilkukrotnie, niezależnie od siebie, tworzą zwierzęta, rośliny, grzyby, krasnorosty i brunatnice. Naukowcy z Uniwersytetu w Minnesocie niedawno udowodnili, że powstanie organizmu wielokomórkowego może być zaskakująco szybkie. Pomysł na prosty eksperyment narodził się podobno podczas luźnej rozmowy przy kawie.
Była to bowiem bardzo prosta koncepcja grawitacja lub siła odśrodkowa działa na połączone komórki nieco bardziej niż na pojedyncze. Jeśli to zjawisko fizyczne zostanie wykorzystane jako celowy zabieg, wyniki mogą być zaskakujące. Nie zakładamy, że wielokomórkowe organizmy w początkach ewolucji powstały wyłącznie dzięki działaniu grawitacji czy siły odśrodkowej. Wybraliśmy tę metodę, ponieważ jest to najprostszy sposób na zmotywowanie drożdży do tworzenia większych grup komórkowych, mówi prowadzący badania William Ratcliff. W realnych warunkach na początku ewolucji zamiast grawitacji oddziaływać mógł nacisk innych organizmów jednokomórkowych, przed którym łatwiej było się bronić w wielokomórkowych grupach. Naukowcy wybrali do eksperymentu organizm, który znany jest z zakwasów chlebowych, piwnych czy winnych zwykłe drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae. Jednokomórkowe drożdże, łubiane wśród piekarzy oraz często wykorzystywane do celów naukowych, hodowali w pożywce mineralnej. Każdego dnia wstrząsali probówkami i do dalszych eksperymentów wybierali tylko te komórki, które szybciej opadały na dno. Dzięki temu symulowali naturalne warunki ewolucji i jej doboru naturalnego oraz zmuszali drożdże do tworzenia większych grup. Dzięki zwiększonej masie towarzyskie drożdże opadały na dno szybciej niż samotne komórki.
W ciągu dwóch tygodni w probówkach powstało ponad 100 pokoleń drożdży, tworzących kolonie komórek. Z pierwotnej próbki pojedynczych komórek uczeni stworzyli 10 próbnych subkultur, które przez kolejne 2 miesiące zmuszali do łączenia się w grupy za pomocą grawitacji. Po 2 miesiącach autorzy badań zaobserwowali złożone formy współpracy, które w przyrodzie prowadzą do powstania bardziej zaawansowanego organizmu. Wystarczyło 100 pokoleń, aby komórki nauczyły się współpracować. Według autora badań Williama Ratcliffa odkrycie, Ze komórki się łączą, nic jest tak bardzo zaskakujące. Ciekawsze było tempo, w którym grupy zaczęły współpracować. Na zmianę warunków laboratoryjnych reagowały jako całość, a nie jako grupa samo-dzielnych komórek. Powstałe zgrupowania, wyglądem przypominające płatki śniegu, zaczęły się dalej rozmnażać, przy czym przejawiały zadziwiającą ochotę do współpracy. Od wielkiego połączenia komórek zaczęły oddzielać się mniejsze grupy komórek. Aby ułatwić im odłączenie, niektóre z komórek wewnątrz grupy popełniały samobójstwo, dzięki czemu powstawała przerwa niezbędna do łatwiejszego oddzielenia nowo powstałej grupy komórek. Naukowcy odkryli, że liczba tych samobójczych komórek jest dość znacząca, i potwierdzili teorię, że samobójstwo komórkowe nie jest wynikiem, ale przyczyną oddzielenia sie mniejszych grup komórkowych od większego organizmu macierzystego. Ten pierwotny podział ról w związku i rezygnacja z własnej reprodukcji z punktu widzenia ewolucji są wyjątkowo istotne, ponieważ obumarła komórka umożliwia swoim siostrom, które są jej doskonałymi kopiami, skuteczne rozmnażanie, czyli przeniesie ich wspólnego genomu na kolejne pokolenia Zespół naukowy ponownie przeprowadził podobne próby, tym razem jednak do eksperymentów wybrał jednokomórkowe zielenice z gatunku Chlamydomonas reinhardtii. W normalnych warunkach żyją one zupełnie oddzielnie. Naukowcy zastosowali w stosunku do nich podobne procedury, jak w przypadku drożdży. Co 3 dni mocno wstrząsali probówkami. Komórki połączone w grupy stanowiły fundament kolejnego pokolenia. Tak przyśpieszona ewolucja przyniosła bardzo dobre rezultaty. Wielokomórkowe grupy glonów zaczęły łączyć się już w 50 generacji, czyli jeszcze szybciej niż u drożdży. Drożdże miały jednak przewagę nad glonami w przeszłości powstały z organizmów wielokomórkowych, więc istnieje u nich coś w rodzaju pamięci komórkowej. Glony nie są obarczone możliwością reewolucji zapomnianej cechy. Naukowcom z Minnesoty udało się zatem potwierdzić zaskakujące odkrycie. Przy zapewnieniu odpowiednich warunków mogą zmusić komórki do tworzenia grup, w których muszą się nie tylko komunikować, lecz także współpracować i rozdzielać zadania. Okazało się, że drożdże i glony, którym nie przypisujemy inteligencji, w przypadku, gdy chodzi o ich przetrwanie, są zdolne do zachowań społecznych.
