從單細(xì)胞生物到多細(xì)胞體這一過(guò)渡是怎么發(fā)生的？據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月16日?qǐng)?bào)道，5億多年前，地球表面的單細(xì)胞生物開(kāi)始形成多細(xì)胞簇，最終變成了植物和動(dòng)物。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員在實(shí)驗(yàn)室用普通的啤酒酵母菌復(fù)制了這一關(guān)鍵進(jìn)化步驟，演示了這一過(guò)渡的發(fā)生過(guò)程。相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

研究人員將啤酒酵母菌加入到培養(yǎng)基中，在試管內(nèi)生長(zhǎng)了一天，然后用離心機(jī)攪動(dòng)使試管中的成份分層。當(dāng)混合物穩(wěn)定下來(lái)，細(xì)胞簇會(huì)更快地落在試管底部，因?yàn)樗鼈冏钪亍Ｑ芯咳藛T把這些細(xì)胞簇取出來(lái)，轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基中，然后再次攪動(dòng)它們。六輪循環(huán)后，細(xì)胞簇已經(jīng)包含了幾百個(gè)細(xì)胞，看起來(lái)就像球形的雪花。

酵母菌“進(jìn)化”成了多細(xì)胞簇，能協(xié)同合作、繁殖并改變它們的環(huán)境，基本上變成了今天地球生命的初期形式。分析顯示，細(xì)胞簇并不是隨機(jī)粘在一起的細(xì)胞群，而是互相關(guān)聯(lián)的，它們隨著細(xì)胞分裂而保持連接。這表示它們具有遺傳相似性以促進(jìn)合作。當(dāng)細(xì)胞簇達(dá)到臨界大小時(shí)，一些細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入凋亡過(guò)程而死亡，將后代細(xì)胞分隔開(kāi)來(lái)。而后代細(xì)胞簇的繁殖擴(kuò)展也只能到達(dá)它們“父母”所達(dá)到的大小。“這種勞動(dòng)分工進(jìn)化得非常快，以雪花狀集簇的形式不斷繁殖。”國(guó)家科學(xué)基金會(huì)環(huán)境生物學(xué)分部代理副主管喬治·吉爾克利斯特說(shuō)，“通向多細(xì)胞復(fù)合體的第一步，好像并沒(méi)有理論認(rèn)為的那么艱巨。”

“一個(gè)細(xì)胞簇還不能稱為多細(xì)胞體，只有當(dāng)其中的細(xì)胞開(kāi)始合作，自我犧牲以達(dá)成公共利益并能適應(yīng)變化，這就是向多細(xì)胞體進(jìn)化的一種過(guò)渡。” 論文作者之一、明尼蘇達(dá)州立大學(xué)科學(xué)家威爾·拉特克利夫解釋說(shuō)，要形成多細(xì)胞生物，大部分細(xì)胞要犧牲它們的繁殖能力，這是一種有利整體卻不利于個(gè)體的行為。比如人體的幾乎所有細(xì)胞從本質(zhì)上說(shuō)就是一個(gè)支持系統(tǒng)，只有精子和卵子負(fù)責(zé)把DNA傳到下一代。所以多細(xì)胞體是由其合作性來(lái)定義的。

進(jìn)化生物學(xué)家們估計(jì)，這種多細(xì)胞體獨(dú)立地進(jìn)化成了25個(gè)體系，將來(lái)通過(guò)對(duì)比多細(xì)胞簇留下來(lái)的化石，可進(jìn)一步揭示每個(gè)體系中相應(yīng)的發(fā)展機(jī)制和基因異同。

新實(shí)驗(yàn)方法可用于對(duì)許多醫(yī)療和生物重要課題的研究，比如多細(xì)胞體在癌癥、老化及其他生物學(xué)關(guān)鍵領(lǐng)域中的功能。論文合著者、明尼蘇達(dá)大學(xué)的邁克爾·特拉維薩諾說(shuō)，最近有人提出，癌癥是一種源自最初的多細(xì)胞體的化石，而老化的起源也與此類似，通過(guò)多細(xì)胞酵母菌可以直接對(duì)此進(jìn)行研究。