Der Anstieg der Mehrzelligkeit war ein wichtiger Übergang in Evolution und schaffen die Voraussetzungen für eine beispiellose Zunahme der Komplexität, insbesondere bei Landpflanzen und -tieren. Trotz ihrer nahezu unübertroffenen Bedeutung konnten Wissenschaftler nie eine klare Antwort darauf finden, warum dies überhaupt passiert ist.
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Wie und warum organismale Komplexität Erhöhungen sind zentrale Fragen in der Evolutionsbiologie. Sowohl die maximale als auch die durchschnittliche Komplexität haben vom Ursprung des Lebens bis heute exponentiell zugenommen obwohl die überwiegende Mehrheit der Lebensformen einfach bleibt.
Es ist fast unergründlich, eine Amöbe mit einem Elefanten zu vergleichen und zu erkennen, dass beide irgendwo im Evolutionsbaum einen gemeinsamen Vorfahren habenKomponenten einer neuen Art von Individuum mit Teilen, die darauf spezialisiert sind, verschiedene Rollen zu spielen.
Zumindest war das die vorherrschende Theorie, aber es gab keine starken Beweise, um dies zu beweisen ... bis jetzt.
Neue Forschung von einer Gruppe, die an der Universität von Montana arbeitet, wurde schließlich der Nachweis für mindestens eine mögliche Ursache dieses entscheidenden Übergangs erbracht. Mithilfe eines relativ einfachen Versuchsaufbaus konnten die Wissenschaftler den Übergang einzelliger Algen in mehrzellige Kolonien beobachtenwenn unter starkem selektivem Druck von einem Raubtier isoliert.
Dies ist eine verblüffende und möglicherweise unschätzbare Entwicklung auf dem Gebiet der Evolutionsbiologie und kann unser Verständnis der tatsächlichen Funktionsweise des Lebens sowie unseren Platz darin stark beeinflussen.
Was ist die große Sache mit Mehrzelligkeit?
Fast alles makroskopische Leben ist mehrzellig . Aber die Existenz dieses Seinszustands ist ein Ergebnis von Evolutionsprozessen, keine Ausgangsbedingung.
Es scheint tatsächlich ein häufiges Ergebnis zu sein, denn wie sich herausstellt, haben sich tatsächlich vielzellige Organismen entwickelt. einzellig Dutzende Male Vorfahren! Tiere, Pflanzen, Pilze und eine Vielzahl anderer Wesen stammten alle von verschiedenen einzelligen Vorfahren ab.
aber trotz des Prozesses anscheinend günstig in der Natur , wir konnten nicht wirklich sagen, wie die Übergänge tatsächlich stattfanden. Die beiden primären Ansätze zur Untersuchung dieser Methoden, Vergleichsmethoden und Fossilienbestände, waren von Natur aus völlig retrospektiv. Und obwohl beide Ansätze für unser frühes Verständnis von entscheidender Bedeutung warenvielzellige Evolution, jede hat ihre Grenzen.
Zum einen gibt es nur wenige oder keine fossilen Beweise, die für die ersten Schritte beim Übergang vom einzelligen zum mehrzelligen Leben für die meisten mehrzelligen Gruppen relevant sind. Und Vergleichsmethoden leiden unter einem Mangel an Zwischenformen zwischen den mehrzelligen Organismen, an denen wir interessiert sind, undihre bestehenden einzelligen Verwandten.
Und es gibt keine wirkliche Möglichkeit zu wissen, ob diese Verwandten mehr als nur eine schlechte Annäherung an ihren gemeinsamen Vorfahren sind, da sich beide Gruppen unabhängig voneinander entwickelt haben, seit sie auseinander gegangen sind.
Es war immer wichtig, diese Ansätze für die Studie zu verbessern, da uns das Wissen über diesen grundlegenden Übergang in der Evolution helfen würde, die größeren Feinheiten innerhalb der größeren Bausteine des Lebens zu verstehen. Das Problem ist, dass es keinen klaren Weg gabbis jetzt…
Was unterscheidet diese Studie?
Die neue Forschung ist so potenziell wirkungsvoll, weil sie nach einer neuen Lösung suchte, die bisher nur zur Untersuchung des mehrzelligen Übergangs theoretisiert wurde - repliziere es .
Wenn man in der Lage wäre, einzellige Organismen unter Laborbedingungen in mehrzellige Organismen umzuwandeln, würde dies theoretisch Echtzeitbeobachtungen von morphologischen, entwicklungsbedingten und genetischen Veränderungen ermöglichen, die mit dem Übergang zum mehrzelligen Leben einhergehen. Alle Daten, diekönnte sich für die laufende Forschung als von unschätzbarem Wert erweisen.
Es ist schwer zu übertreiben, wie unmöglich jeder auf dem Gebiet so etwas für möglich hielt. Das Problem war einfach zu komplex, mit viel zu vielen Variablen, von denen angenommen wurde, dass sie über außergewöhnlich lange Zeiträume zusammenwirken, um zu Mehrzelligkeit zu führen.
Die Wissenschaftler, die an dieser Studie arbeiteten, hatten jedoch die Theorie, dass ein sorgfältig ausgewählter einzelliger Kandidat und nur eine einzige Art von selektivem Druck ihnen die gewünschten Ergebnisse liefern könnten.
Aber welche Art von evolutionärer Kraft könnte mächtig genug sein, um dies alles alleine zu tun? Die Antwort, wie sich herausstellt, ist der einfachste und älteste Kampf auf Erden :
Prädation.
Das mehrzellige How-To :
Predation wird seit langem als plausibler selektiver Druck angenommen, der zumindest einige Ursachen für Mehrzelligkeit erklären könnte, da die meisten Raubtiere Beute nur in einem engen Größenbereich konsumieren können wenn IE mehrzellig wird, sind sie zu groß, um gegessen zu werden.
Da Raubtiere mit Filterfütterung in aquatischen Ökosystemen häufig vorkommen und Algen, die größer als eine Schwellengröße sind, weitgehend immun gegen sie sind, schlugen die Forscher vor, dass diese „Raubtierschwelle“ die Entwicklung der Mehrzelligkeit in alten Einzelzellen erklären könnteZellalgen.
Natürlich, was noch wichtiger ist, sie glaubten, dass sie es wieder schaffen könnten.
Sie ein Experiment entwickelt in dem sie ein Ciliaten-Raubtier verwendeten ein einzelliger Blob, der sich mit kleinen "Haarmotoren" namens Zilien bewegt, bekannt als Paramecium Tetraurelia, um die spontane Entwicklung der Mehrzelligkeit in Populationen einzelliger Algen zu selektieren.
Die 5 Kontroll- und 5 von Raubtieren ausgewählten Populationen der Algen ließen sie dann ungehindert wachsen und transferierten wöchentlich Teile jeder Probe in frische Umgebungen. Sie taten dies für knapp ein Jahr, was ~ 750 Generationen für die Algen entsprachAlgen und machte Beobachtungen, als sie gingen.
Ihre Ergebnisse waren unbestreitbar.
Die unglaublichen Ergebnisse :
Am Ende ihrer Tests hatten zwei der fünf von Raubtieren ausgewählten Populationen einfache mehrzellige Strukturen entwickelt, während keine der Kontrollpopulationen etwas Ähnliches aufwies.
Noch unglaublicher war, dass sie zeigen konnten, dass diese Veränderungen mehr als nur Zellen waren, die sich zusammenballten, sondern Teil neuer, vererbbarer mehrzelliger Lebenszyklen waren, die sich in den Algenstämmen unabhängig voneinander entwickelt hatten.
Zusätzlich zeigen die Wissenschaftler, dass diese neuen mehrzelligen Lebenszyklen über Tausende von Generationen hinweg stabil sind, was bedeutet, dass die Algen nicht nur vor Raubtieren geschützt wurden, sondern aufgrund ihrer Anpassung auch einen deutlichen Fitnessvorteil hatten.
Und vor allem, da die für diesen Test ausgewählten Algen keine mehrzelligen Vorfahren hatten, stellen diese Experimente einen völlig neuen Ursprung der obligaten Mehrzelligkeit dar. Dies ist eine genreverändernde Entdeckung für Zellbiologen, da diese Ergebnisse zeigen, dass der Übergang zu aEin einfacher mehrzelliger Lebenszyklus kann als Reaktion auf einen ökologisch relevanten selektiven Druck schnell auftreten.
Obwohl dies sicherlich eine große Leistung für das Feld ist, gibt es noch viel zu lernen und eine ganze Menge Daten zu analysieren.
Waren die Gene für Mehrzelligkeit bereits in den Algen vorhanden und brauchten nur eine Änderung der Expression, um zu wirken? Würden die gleichen Ergebnisse bei einzelligen Organismen aus anderen Phylums beobachtet werden?
Wir kennen vielleicht noch nicht die Antworten auf all diese Fragen, aber im Moment können wir zumindest wissen, dass wir dem Lernen einen Schritt näher sindunser Platz in der Welt.
Bis zum nächsten Mal genießen Sie Ihren Platz als vielzelliges Wesen an der Spitze der Nahrungskette!