科學網—單一基因或驅動單細胞到多細胞跳躍

2020-12-04 科學網

 

酵母菌能演化形成像雪花一樣的多細胞生物體。圖片來源：Courtesy of Jennifer Pentz

本報訊 從單細胞生命到多細胞生物的跳躍要比人們曾經認為的簡單。而且，看上去發生這種跳躍的途徑不止一個。

單一基因的突變足以將單細胞的啤酒酵母變成多細胞生物體演化的「雪花」。同樣，當面對吞食單細胞的捕食者時，單細胞藻類能很快演化成球形多細胞生物體。這些發現支持了一個正在興起的觀點：這種複雜度上的跳躍並不是科學家此前認為的巨大進化障礙。

在生命首次出現後的某一時刻，一些細胞聚在一起形成首個多細胞生物體。這可能發生在21億年以前，其他的也隨之而來。多細胞生物被認為獨立進化了至少20次，最終形成了複雜生命，比如人類。不過，在過去兩億年間，沒有任何一種已知生物體經歷了這種轉變，因此這個過程如何以及為何發生很難研究。

2011年，美國明尼蘇達大學進化生物學家William Ratcliff和Michael Travisano通過將最快沉澱的酵母菌從培養菌中取出並利用其建立新的培養菌，誘導單細胞酵母菌呈現多細胞的「雪花」形狀。隨後，他們不斷重複這一過程。由於酵母菌群比單個細胞沉澱得快，因此這有效地篩選出了黏在一起而非在細胞分裂後分開的酵母菌。

Ratcliff在日前於芝加哥舉行的天體生物科學大會上介紹說，團隊的最新研究顯示，這種從單細胞到多細胞存在的轉變能被名為ACE2的單一基因驅動。ACE2控制了細胞分裂後子細胞的分離。

由於這些「雪花」以一種分枝的樹狀模式生長，因此任何隨後發生的突變都被局限在單個分枝上。當初始的「雪花」變得太大進而破碎後，這些突變分枝能自謀生路，從而使新突變的價值在進化「競技場」上不斷接受測試。（宗華）

《中國科學報》 (2015-06-24 第2版 國際)

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