科學家們正在實驗室中進行一項關于進化的長期實驗,以研究單細胞生物如何進化成多細胞生命體。經過數千代之后,他們的酵母菌長大了2萬倍,堅韌程度提升1萬倍。進化的"缺失環節"的想法通常會讓人聯想到一個毛茸茸的猿人,但實際上在這個鏈條上還有更深刻的缺失環節。其中一個最大的缺口位于單細胞生物和多細胞生物之間,這標志著地球上復雜生命發展的關鍵一步。
現在,來自佐治亞理工學院的科學家們報告了一項實驗的初步結果,他們希望繼續運行幾十年,有一個相當高的目標--將單細胞生命體進化成全新的多細胞生命體。定向進化實驗已經進行了幾十年,甚至在2018年贏得了諾貝爾化學獎,但那些實驗通常集中在制造新藥或解決其他問題上,而不是堵住我們遙遠的家譜上的漏洞。
在這個多細胞長期進化實驗(MuLTEE)的第一階段,研究人員從一種叫做雪花酵母的物種開始。這些微生物在搖晃的孵化器中生長,每天研究小組都會進行一次人工自然選擇--生長最快、體積最大的菌落被選為進一步培養的對象。重復這個過程數千次,你就可以很好地接近自然進化中有利于某些特征的環境力量。
果然,在大約3000代之后,酵母已經進化到形成超過50萬個細胞的集群--比原始菌株大2萬多倍。在這一過程中,它們變得肉眼可見,并且變得大約1萬倍的堅韌,與木材相當。
科學家們進行了更深入的調查,以觀察在細胞層面上發生了什么,這使他們取得了如此令人印象深刻的進展。他們發現,單個酵母細胞都已經伸展開來,這減少了每組細胞的密度,因此,減少了它們彼此之間的壓力。這使得集群不會像通常情況下在一定的密度下發生斷裂,從而使它們能夠長得更大。
但該團隊說,僅憑這種機制不應該導致如此戲劇性的增長。因此他們使用掃描電子顯微鏡進行了更仔細的觀察。
"我們發現,有一種全新的物理機制,使這些群體能夠成長到這種非常、非常大的尺寸,"該研究的第一作者Ozan Bozdag說。"酵母的枝條已經糾纏在一起--集群細胞進化出類似于葡萄的行為,相互纏繞,加強了整個結構。"
雖然"進化的"酵母仍然缺乏真正多細胞生物的許多生物特征,但這種細胞糾纏似乎是通往這一目標的道路上的一個里程碑。實驗也遠未結束,所以進一步的發展可能正在路上。
該研究發表在《自然》雜志上。
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