Nature重磅:新研究顛覆了單細胞生物進化多細胞生物的核心理論

2020-12-03 生食堂

單細胞生物怎麼進化成多細胞生物?

在進化史上,有許多重大的轉變,從微觀的單細胞世界向多細胞動物世界的飛躍,就是其中之一。

長期存在的觀點認為:多細胞動物是從類似現代海綿細胞的單細胞祖先進化而來的。

昆士蘭大學的科學家6月12日發表在《nature》最新研究結果,顛覆了生物學家對動物進化史長達一個世紀的理解。

研究小組通過對所有表達的基因進行測序,繪製了單個細胞的圖譜,讓研究人員能夠隨著時間的推移比較相似類型的細胞。這意味著他們可以通過尋找每種細胞類型的「特徵」,梳理出單個細胞類型的進化史。

論文圖片

利用新技術來研究多細胞動物是如何進化的,發現揭示了一個驚人的事實:最早的多細胞動物可能不像現代的海綿細胞,而更像是可轉換細胞的集合,即動物王國中所有細胞的曾曾曾祖母很可能與幹細胞非常相似。

這明顯與多年來的傳統相悖。

幾十年來,生物學家一直認為現有的理論是顯而易見的,因為海綿領鞭毛細胞看起來非常像單細胞領鞭毛蟲---後者被認為是動物現存的近親。

但研究證實它們的轉錄組特徵根本不匹配,這意味著它們並不是我們最初認為的動物生命的核心組成部分。

與植物和真菌相比,動物有更多的細胞類型,以非常不同的方式使用---從神經元到肌肉---細胞的靈活性從一開始就對動物進化至關重要。

多細胞生物帶來了難以置信的複雜性,創造了我們今天看到的動物、植物、真菌和藻類王國。

這項技術只在最近幾年才被使用,但它幫助我們最終解決了一個古老的問題,發現了一些與任何人曾經提出的完全相反的東西。

我們正在顛覆進化生物學的核心理論。

小編感悟:藉助新技術,我們有機會重新想像最初產生動物的步驟,以及將單細胞轉變成多細胞動物生命的基本規則。希望這一發現能幫助我們了解自身的狀況,以及我們對自己幹細胞和癌症的了解。

參考資料:

1. How multi-celled animals developed

2. Pluripotency and the origin of animal multicellularity

3. Evolutionary discovery to rewrite textbooks

歡迎個人轉載,轉載請註明來源

相關焦點

  • 多細胞動物可能並非單細胞進化而來
    也就是說,動物王國所有細胞的「高祖母」可能並非單細胞,而是與幹細胞非常相似。最新發現將有助人類更好地理解自身的幹細胞以及癌症。  昆士蘭大學教授伯尼·德根領導的團隊在最新一期《自然》雜誌撰文稱,這一發現顛覆了生物學家數百年來對動物進化的認知——多細胞動物是從一個單細胞祖先進化而來的,這種單細胞祖先類似於被稱為領細胞的現代海綿細胞。
  • 從單細胞到多細胞 科學家揭開十億年前的生物進化大事
    從單細胞到多細胞,一次10億年前的進化節點,成為地球上生物演化中最重要的節點之一,從此,生物有了分化根莖葉、進行光合作用、適應環境等能力,也由此拉開了生物進化中最重要的一幕。近日,中國農業科學院生物技術研究所谷曉峰課題組、張芃芃課題組與國內外科學家合作,獲得了綠色植物界最古老單細胞輪藻的首個基因組,在表觀組和轉錄組研究中取得重大突破。該研究揭示了植物單細胞到多細胞進化和陸生植物起源的機制,補上了生命進化研究過程中一直缺失的重要節點,對認識整個生命系統起源具有重要的理論和實踐意義。
  • 癌症:生物進化的殘酷代價
    在長達20億年的時間裡,地球生命只有單細胞生物一種;大約15億年前,第一種多細胞生物出現,這個地質年代被稱為元古代(Proterozoic,它在希臘語中的意思是「更早期的生命」)。[2] 生命從單細胞形態向多細胞形態的轉換,勢必帶來生命邏輯的根本性改變。在單細胞生物的世界裡,只有一種命令:複製,複製,複製!從這種意義上說,單細胞生物是永生的。
  • Nature:噬病毒體mavirus讓單細胞生物對巨病毒產生適應性免疫
    2016年12月13日/生物谷BIOON/---所有的有機體---不論大的還是小的---都處於眾多病毒的持續攻擊之中。因此,多種先天性和適應性免疫防禦系統進化出來讓寄生物(如病毒)處於控制之中。如今,在一項新的研究中,來自德國馬克斯普朗克醫學研究所的研究人員在單細胞真核生物中發現一種新類型的抗病毒防禦機制:一種病毒讓宿主對另一種病毒產生適應性免疫。
  • 從單細胞到多細胞,小菜一碟?
    地球上的生命最早是以單細胞的形式出現的,後來才進化出多細胞生物。最早的單細胞生物出現在大約35億年前,而多細胞生物出現的時間則要晚得多,最新的研究表明,最早可能出現於大約21億年前。這就是說,從單細胞進化到多細胞,大自然用了差不多14億年的時間。
  • 人們以為單細胞生物很弱小,實際上有一種單細胞生物大到難以形容
    大自然千奇百怪,無所不有,只要你用心去研究分析,你的世界觀隨時會被顛覆刷新。接下來我們就以一個案例來探討下這個問題,相信很多人都知道單細胞生物,顧名思義,即是指體內只有一個細胞的生物,經常會聚集成為細胞集落。而單細胞生物又分為有核和無核的單細胞,主要組成部分有線粒體、高爾基體、核糖體、細胞膜(動物)、細胞壁(植物)以及細胞質等等。
  • 實驗揭示單細胞變多細胞過程
    從單細胞生物到多細胞體這一過渡是怎麼發生的?據美國物理學家組織網1月16日報導,5億多年前,地球表面的單細胞生物開始形成多細胞簇,最終變成了植物和動物。
  • 沒有顯微鏡還想觀察細胞?這些超乎想像的「巨無霸」單細胞生物絕對...
    可以說,這種單細胞生物的發現為人類研究深海環境中的生物多樣性以及極端環境適應開闢了新的道路。 首個已知的單細胞生物大約出現在地球形成10億年之後。然而生命經過了近20億年的進化,多細胞生物才誕生,隨後帶來了地球生態面貌翻天覆地的變化。然而單細胞生物因其微小的體型,直到17世紀中後期才被荷蘭商人兼科學家列文虎克發現。
  • 關於生物進化的新觀點,顛覆了傳統認知,進化論是「錯誤」的?
    其實達爾文在一開始,是以地質學研究出名的,但是在環球旅行中,考察了大量的動植物樣本,結合他的地理學知識,提出了針對物種起源的假說,隨著時間的推移,進化論也在不斷被完善,「現代綜合進化論」被認為是達爾文理論的繼承者,同樣強調生物的進化是漸進式。回到前文的問題,為什麼現代科學家認為生物的進化是「突變」呢?
  • Nature綜述新一代微生物學研究方法,單細胞水平生物技術「顯身手」
    它們是全球生物地球化學循環的主要驅動力,並與幾乎所有的多細胞生命形式(包括植物、動物和人類)相關聯,因此對微生物的了解研究至關重要。 而傳統的微生物學研究方法面臨著頗多挑戰。研究表明,即便是處於同一種群中的微生物細胞,在基因轉錄和翻譯、蛋白活性、以及代謝物豐度等多個水平都可能存在顯著差異,說明微生物細胞間存在著多個層次上的異質性。與此同時,傳統微生物學研究方法需要將所研究的微生物對象在實驗室實現再次培養,然後對純培養的微生物種群進行研究,這樣往往造成實驗室的研究結果無法真實地反映微生物細胞在自然界中的原始狀態,所以急需發展新的原位研究手段。
  • 中國科學家戚益軍小組首次在單細胞生物中發現miRNA
    5月15日《Genes & Development》一篇文章報導,由中國北京生命科學研究所戚益軍(Yi-Jun Qi)博士率領的國際研究小組,在單細胞綠藻萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中發現microRNAs,這是首次在單細胞生物中發現miRNAs。
  • 這個單細胞生物,幾乎滅絕了地球生命
    它把歷史上第一個自由氧分子送入我們的大氣層中,而它卻僅僅是一種單細胞生物。它們是簡單的單細胞生物,在沒有氧氣的環境中茁壯成長,並從它們捕獲的分子中汲取能量。但在25億年前到35億年前之間的某個時間點,有一種可能是漂浮在海洋表面的微生物,進化出了一項新技能——光合作用。
  • 人們以為單細胞生物很弱小,實際上很多單細胞是可以用肉眼看到的
    大自然千奇百怪,無所不有,只要你用心去研究分析,你的世界觀隨時會被顛覆刷新。接下來我們就以一個案例來探討下這個問題,相信很多人都知道單細胞生物,顧名思義,即是指體內只有一個細胞的生物,經常會聚集成為細胞集落。而單細胞生物又分為有核和無核的單細胞,主要組成部分有線粒體、高爾基體、核糖體、細胞膜(動物)、細胞壁(植物)以及細胞質等等。
  • 哈佛大學團隊實現大規模單細胞水平的線粒體DNA基因分型
    Sankaran等研究人員合作開發出大規模平行單細胞線粒體DNA基因分型和染色質分析方法。這一研究成果於2020年8月12日在線發表在《自然—生物技術》上。研究人員介紹了一種基於高通量液滴的線粒體單細胞測定法,用於轉座酶可及染色質測序(scATAC-seq),該方法結合了數千個單細胞中的高可信度線粒體DNA(mtDNA)突變以及其伴隨的高質量的染色質可及性測序。
  • 從單細胞到多細胞只是一個小飛躍—新聞—科學網
    第一個動物從其單細胞祖先進化而來。但新證據顯示,從單細胞到多細胞生物的飛躍,在生命進化樹上似乎不像科學家之前預想的那樣戲劇性。近日,在刊登於《發育細胞學》期刊的論文中,研究人員表示,動物的單細胞祖先,似乎已經有了一些當前動物細胞發育成不同類型組織使用的機能。 「我們正在尋找對所有動物起源十分重要的演化過度。」
  • AM|高精度單細胞列印實現生物結構的逐細胞製備
    摘要:生物列印是一項強大的技術,具有改變醫療設備製造,器官替代以及疾病和生理畸形治療的潛力。但是,當前的生物印表機無法可靠地列印所有生物的基本單元,即單細胞。本文介紹了一種高清晰度的單細胞列印技術,它是一種新穎的微流控技術,可以準確地列印多種候選對象中的單個細胞。
  • 生物進化史上,最重要的進化之一,是20億年前真核生物出現了!
    慕尼黑路德維希馬克西米利安大學科學家對一組神秘單細胞生物的生態學進行了一項新研究,支持了氫在真核生物(第一個有核細胞)的進化中發揮了重要作用的觀點。地球生命生物進化史上最重要的發展之一發生在大約20億年前,第一批真核生物出現(含有獨特細胞核的單細胞生物)。這第一個真核血統隨後將產生包括植物和動物在內的所有高等生物,但其起源尚不清楚。
  • 生物為何會進化出性行為? 新答案公布
    畢竟,為了增加多樣性的說法並不能解釋單細胞生物為何、以及如何進化出性過程之一:減數分裂,即基因組分成兩半、形成卵細胞和精細胞的過程。性選擇和性假說的關注點往往都放在生物的後代上,在對性行為進化史研究發現的證據顯示,僅圍繞「什麼對後代和整個物種而言最為有利」的理論並不全面,研究總是忽略了性交給個體帶來的直接益處。
  • 生物進化和繁衍
    地球是生命的搖籃,科學家一直研究,地球上的生命起源於哪裡,可能單細胞生命起源於海底的火山,因為科學家發現海底火山附近有胺基酸,組成生命的基本成分。大約38億年前,地球上的海洋誕生了,在原始海洋開始出現原始單細胞生命,上古時代,生命在海洋中出現,古大陸還沒有生物。
  • 新教材高中生物必修2課後題答案 6.4協同進化與生物多樣性的形成
    第6章 生物的進化第4節 協同進化與生物多樣性的形成一、概念檢測1.生物多樣性是協同進化的結果。判斷下列與進化和生物多樣性有關的表述是否正確。( )(4)生物多樣性的形成是指新的物種不斷形成的過程。