«До сих пор биологи предполагали, что это узкое место, состоящее из одной клетки, развилось после многоклеточности как механизм уменьшения конфликта интересов между клетками, составляющими организм», — говорит Рэтклифф. «Вместо этого мы обнаружили, что она возникла одновременно с многоклеточностью. Это имеет большое значение для того, как многоклеточная сложность может возникнуть в природе, поскольку показывает, что эта ключевая черта, открывающая дверь для развития многоклеточной сложности, может быстро развиваться. "В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Communications, исследователи описали, как они получили многоклеточный штамм путем многократного отбора и культивирования водорослей, которые быстро оседали на дно заполненной жидкостью пробирки. После 73 раундов они обнаружили, что водоросли в одной из трубок стали многоклеточными.Наблюдая за новой формой, Рэтклифф и Тревизано обнаружили, что она воспроизводится путем активного дробления, отделения подвижных одиночных клеток, которые продолжают расти в новые многоклеточные кластеры.
Они разработали математическую модель, которая объяснила репродуктивное преимущество этой одноклеточной стратегии по сравнению с гипотетическими альтернативами, в которых кластер будет производить более крупные пропагулы. Модель предсказывала, что воспроизводство из одиночных клеток будет более успешным в долгосрочной перспективе. Несмотря на то, что у одиночных клеток меньше шансов выжить, чем у более крупных пропагул, этот недостаток более чем компенсируется их огромным количеством.
В сотрудничестве с Мэтью Херроном и Фрэнком Розенцвейгом из Университета Монтаны исследователи сейчас работают над поиском генетической основы многоклеточности и экспериментальным развитием многоклеточной сложности.«Понимание происхождения биологической сложности — одна из самых больших проблем в науке», — сказал Тревизано. «В этом эксперименте мы изменили порядок одного из первых шагов в происхождении многоклеточности, показав, что два ключевых эволюционных шага могут происходить намного быстрее, чем предполагалось ранее. Заглядывая в будущее, мы надеемся непосредственно исследовать истоки сложности развития или то, как подростки становятся взрослыми, используя многоклеточные организмы, которые мы развили в лаборатории ».Несколько лет назад Тревизано и Рэтклифф попали в международные новости, когда они развили многоклеточность дрожжей.
Эта работа развивает эти открытия, инициируя многоклеточность в организме, который никогда не имел многоклеточного предка, и предоставляет новую гипотезу об эволюционном происхождении одноклеточного узкого места в многоклеточных жизненных циклах.