Появление многоклеточных — одна из самых больших тайн в эволюции. С одной стороны, в многоклеточности есть свои плюсы: клетки в многоклеточном организме могут сосредоточиться на узких специальных задачах, достигнув в них большего совершенства, чем одна-единственная клетка, которая занимается всем сразу. Опять же, если на вас охотится одноклеточный хищник, то ему будет гораздо труднее вас съесть, если вы вдруг объединитесь во что-то многоклеточное (мы как-то писали, что зелёные водоросли ради собственного спасения научились жить вместе всего за полгода). С другой стороны, есть свои минусы, потому что каждая отдельная клетка должна пожертвовать собственным размножением. Но если все члены многоклеточной колонии — потомки одной клетки, то такой проблемы нет: за всех будут размножаться специальные «клетки размножения», у которых будут такие же гены, как у всех.
Но, кроме подобных вопросов, есть и другие, менее очевидные. Например, насколько далеко многоклеточность может дойти за раз? Вот у нас разрастается колония одноклеточных, которых окружающая среда понуждает держаться друг за друга. Колония становится всё больше и больше — до какого предела она может дойти? Ведь с увеличением размера возникают определённые физические проблемы: клетки давят друг на друга, им нужно как-то удобно упаковываться внутри колонии, и одновременно колония должна быть прочной, чтобы её не разрывало течениями или ударами о подводные камни (всё ведь происходит пока ещё в воде).
Сотрудники Технологического института Джорджии пишут в Nature, что обычные дрожжи можно буквально вручную довести до прочной многоклеточной колонии, которая будет видна невооружённым глазом, причём для этого требуется не так уж много времени. В статье исследователи описывают эксперимент с дрожжами, начавшийся несколько лет назад. Дрожжи могут питаться разными питательными веществами и жить в среде с разным уровнем кислорода; кроме того, разные штаммы дрожжей предпочитают те или иные экологические условия. Выбрав определённый штамм и подобрав для него условия среды, можно побудить дрожжи формировать что-то вроде колоний: размножающиеся клетки не отделяются друг от друга, остаются друг с другом связанными. Такие многоклеточные кластеры похожи на снежинки, в которых насчитывается до сотни с чем-то клеток. Отбирая дрожжевые «снежинки» и давая им возможность расти и размножаться дальше на свежей питательной среде, мы поощряем в них тягу к многоклеточности.
Исследователей интересовало, насколько далеко могут зайти «снежинки» при искусственном отборе в пользу всё больших и больших колоний. Им удалось примерно за три тысячи поколений увеличить колонии дрожжей в 20 тыс. раз по сравнению с исходными микроскопическими «снежинками» — теперь они были размером с муху дрозофилу и содержали более полумиллиона клеток. И самое главное, это были довольно прочные колонии — по твёрдости они напоминали дерево. Клетки удлинились, теперь они не так сильно давили друг на друга, и, поскольку механическое давление ослабело, клеточные кластеры не отваливались друг от друга. В то же время общая плотность колонии стала меньше по сравнению с тем, какой она была у колоний-предков. И самое главное, нити дрожжевых клеток внутри колонии переплетались, подобно тому, как это происходит у белков или, скажем, у виноградных лоз. Именно заплетание дрожжевых нитей друг вокруг друга делало колонию очень прочной и твёрдой, и позволяло разрастись ей до размеров дрозофилы.
Иными словам, если в окружающей среде по каким-то причинам выживают крупные колонии — пусть достаточно простые, без разделения труда и т. д., то одноклеточные организмы, подобные дрожжам, вполне могут за несколько лет стать многоклеточными, причём их многоклеточность можно разглядеть невооружённым глазом. Конечно, это ещё не настоящая многоклеточность, когда клетки делятся на группы, занятые каждая своим делом. Но нужно же с чего-то начинать. Эксперимент с дрожжами продолжается, он рассчитан не на одно десятилетие. Если дрожжевые мегаколонии покажут нам ещё и появление клеточной специализации, мы сможем сказать, что нам удалось увидеть в лаборатории образ эволюции, как она происходила миллионы лет назад.
15 мая 2023
Автор: Кирилл Стасевич
Статьи по теме: