颠末3000多代的尝试室进化，佐治亚理工学院的研究人员不雅察到他们的模式生物“雪花酵母”最先顺应成为多细胞群体。研究小组展现了雪花酵母群是若何进化为体型比本来年夜2万多倍的多细胞群体。这是正在进行的多细胞持久进化尝试(MuLTEE)的第一份首要陈述。 肉眼可见的雪花酵母，颀长的细胞断裂成模块，保存了它们微不雅先人不异的底层分支发展情势。 资料来历:佐治亚理工学院 假如没有多细胞生物，这个世界看起来会很是分歧——假如除去植物、动物、真菌和海藻，地球初始看起来像一个更潮湿、更环保的火星。但多细胞生物事实是若何从单细胞先人进化而来的，人们依然知之甚少。这类改变产生在数亿年前，初期的多细胞物种年夜部门都灭尽了。 为了研究多细胞生命是若何从零最先进化的，佐治亚理工学院的研究人员决议将进化把握在本身手中。在生物科学学院副传授、定量生物科学跨学科研究生项目主任William Ratcliff的率领下，一组研究人员启动了第一个持久进化尝试，旨在从尝试室的单细胞先人进化出新的多细胞生物。 颠末3000多代的尝试室进化，研究人员不雅察到他们的模式生物“雪花酵母（snowflake yeast）”最先顺应成为多细胞个别。在颁发在《天然》杂志上的一项研究中，研究小组展现了雪花酵母是若何进化成更强健的，比本来年夜2万多倍的多细胞群体。这类类型的生物物理进化是那种可以用肉眼看到的年夜型多细胞生命的先决前提。他们的研究是正在进行的多细胞持久进化尝试(MuLTEE)的第一份首要陈述，该团队但愿能延续几十年。 Ratcliff说:“从概念上讲，我们想要领会的是，简单的细胞群是若何进化成有机体的，它们具有特化、调和发展、出现的多细胞行动和生命周期——这些是辨别一堆水池浮渣和可以或许延续进化的有机体的工具。”“领会这个进程是我们这个范畴的一个首要方针。” 多细胞持久进化尝试 Ratcliff小组的前博士后研究员、该论文的第一作者Ozan Bozdag在2018年启动了MuLTEE，从单细胞雪花酵母最先。Bozdag在摇瓶培育箱中培育酵母，天天选择更快的发展速度和更年夜的群体范围。 研究小组按照生物体的巨细进行选择，由于所有的多细胞谱系一最先都是小而简单的，跟着时候的推移云开体育官方app下载，很多进化得更年夜更硬朗。人们认为，长出又年夜又坚固的身体的能力在增添复杂性方面阐扬了感化，由于这需要新的生物物理立异。但是，这一假定从未在尝试室中获得直接验证。 颠末年夜约3000代的进化，他们的酵母菌进化构成了比他们先人年夜2万多倍的群体。它们从肉眼看不见到果蝇巨细，包括跨越50万个细胞。单个雪花酵母进化出了新的材料特征:固然它们最先比明胶还弱，但颠末进化变得像木头一样坚忍和坚韧。 新的生物物理顺应 在研究雪花酵母若何顺应变年夜的进程中，研究人员不雅察到酵母细胞自己变得颀长，削减了细胞的密度。这类细胞伸长减缓了细胞间应力的堆集，而应力凡是会致使细胞簇断裂，从而使细胞群变得更年夜。但这一事实自己只会致使尺寸和多细胞韧性的小幅增添。为了揭露答应发展到宏不雅巨细的切确生物物理机制，研究人员需要不雅察酵母簇内部，以领会细胞若何在物理上彼此感化。通俗光学显微镜没法穿透年夜而密集的群体，是以研究人员利用扫描电子显微镜对不计其数的超薄酵母片进行成像，从而取得它们的内部布局。 Bozdag说:“我们发现有一种全新的物理机制使这些群体可以或许成长到如斯重大的范围。”“酵母的分支已纠缠在一路——集群细胞进化出了藤蔓状的行动，彼此环绕纠缠，增强了全部布局。” 经由过程简单地选择一个有机体的巨细，研究人员发现了若何操纵缠结的生物力学机制，终究使酵母作为一种材料的硬度增添了年夜约1万倍。 “之前已在完全分歧的系统中研究过纠缠，首要是在聚合物中，”物理学院副传授、论文的合著者Peter Yunker说。“但在这里，我们经由过程一种完全分歧的机制看到了纠缠——细胞的发展，而不但仅是经由过程它们的活动。” 不雅察到这类缠结是研究人员理解简单的多细胞群体是若何进化的一个转折点。雪花酵母作为一种全新的多细胞生物，缺少现代多细胞生物所独有的复杂发育机制。但颠末3000代的尝试室进化，酵母发现了若何驱动和选择细胞缠结作为一种发育机制。对其他多细胞真菌的初步研究注解，它们也构成高度纠缠的多细胞体，这注解纠缠是多细胞生命分支中普遍而主要的多细胞特点。 Ratcliff说:“我真的很兴奋有一个模子系统，我们可以操纵现代科学的壮大气力，在数千代的时候里进化出初期的多细胞生命。”“原则上，我们可以理解正在产生的一切，从进化细胞生物学到直接管选择影响的生物物理特点。” 很长一段时候以来，人类一向在与生物学合作，进化（培养）出新的工具——从我们吃的玉米抵家养的狗、鸡和鸽子。按照Ratcliff的说法，他们的团队所做的工作并没有太年夜的分歧。“经由过程领会单细胞生物进化的范围，我们可以弄清晰它们是若何逐步进化成更复杂、更整合的多细胞生物的，并可以研究这一进程。”“我们但愿这只是多细胞发现的漫长故事的第一章，由于我们将继续在MuLTEE中进化雪花酵母。” 参考文献：De novo evolution of macroscopic multicellularity

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