V laboratoři v Atlantě každý den bojují tisíce kvasinkových buněk o přežití. Organismy, které žijí další den, rostou rychleji, rychleji se rozmnožují a tvoří největší aglomerace. Asi deset let se buňky vyvíjely, aby se k sobě připojily a vytvořily tvary rozvětvených sněhových vloček.
Tyto podivné sněhové vločky jsou středem experimentů, které zkoumají, co se mohlo stát před miliony let, když se jednobuněčné organismy spojily, aby se staly mnohobuněčnými. Tento proces však nakonec vedl k tak fantasticky nepraktickým a bizarním tvorům, jako jsou chobotnice, pštrosi, křečci a lidé.
Ačkoli se má za to, že se mnohobuněčnost vyvinula nejméně 20krát v historii života na Zemi, není jasné, jak organismy přešly z jedné buňky na mnoho organismů sdílejících osud. Ale v Výzkumný článek publikovaný ve středu v časopise NatureVědci odhalují jeden klíč k tomu, jak se buňky začínají v těle budovat. Tým, který produkoval kvasinky Snowflake, zjistil, že více než 3000 generací se shluky kvasinek rozrostly tak velké, že je bylo možné vidět pouhým okem. Postupem času se vyvinul z měkkého, mačkavého materiálu na něco s tvrdostí dřeva.
Will Ratcliffe, profesor na Georgia Tech, začal experimentovat s kvasnicemi, když byl na postgraduální škole. Inspiroval se Richardem Lenskim, biologem z University of Michigan, a kolegy, kteří pěstovali 12 kmenů E. coli napříč více než 75 000 generacemi a od roku 1988 dokumentovali, jak se populace změnily. Dr. Ratcliffe uvažoval, zda by studium evoluce, která povzbuzuje buňky, aby se držely pohromadě, mohlo objasnit původ mnohobuněčnosti.
„Všechny linie, o kterých víme, že vyvinuly mnohobuněčnost,“ řekl, „udělaly tento krok před stovkami milionů let.“ „A nemáme mnoho informací o tom, jak jednotlivé buňky tvoří shluky.“
Udělal tedy jednoduchý experiment. Každý den otáčel kvasinkové buňky ve zkumavce, vysával ty, které klesaly ke dnu nejrychleji, a další den je pak použil k růstu populace kvasinek. Zdůvodnil to tím, že kdyby se vybraly pro nejtěžší jedince nebo skupiny buněk, byla by to motivace pro kvasinky, aby vyvinuly způsob, jak držet pohromadě.
A fungovalo to: Během 60 dnů se objevily kvasinky sněhových vloček. Když se tyto kvasinky rozdělí, díky mutaci se od sebe úplně neoddělí. Místo toho tvoří větvící se struktury geneticky identických buněk. Kvasinky se staly mnohobuněčnými.
Ale Ratcliffe zjistil, že sněhové vločky, jak pokračoval ve zkoumání, se nezdály příliš velké a zůstaly tvrdohlavě mikroskopické. Připisuje zásluhy Ozanu Bozdagovi, postdoktorskému výzkumníkovi ve své skupině, za průlom v oblasti kyslíku neboli hypoxie.
Pro mnoho živých věcí slouží kyslík jako druh raketového paliva. Energie uložená v cukrech je snadno dostupná.
Dr. Bozdag dal kyslík některým kvasinkám v experimentu a transplantoval jiné, které měly mutaci, která jim bránila v jeho použití. Zjistil, že během 600 přenosů kvasinky s nedostatkem kyslíku explodovaly v objemu. Jejich sněhové vločky rostly a rostly, až se nakonec staly viditelnými pouhým okem. Podrobné zkoumání formulací ukázalo, že kvasinkové buňky byly mnohem delší než normálně. Větve se propletly do hustého shluku.
Vědci se domnívají, že tato hustota může vysvětlit, proč je kyslík takovou překážkou pro růst kvasinek. U kvasinek, které mohly využívat kyslík, mělo zvýšení jejich objemu velké nevýhody.
Dokud byly sněhové vločky malé, měly buňky obecně stejný přístup ke kyslíku. Ale velké, husté výplně znamenají, že buňky uvnitř každé hrudky jsou odříznuty od kyslíku.
Kvasinky, které neumí využívat kyslík, naopak nemají co ztratit, a tak to šlo ve velkém. Výsledky naznačují, že krmení všech buněk v klastru je důležitou součástí kompromisů, kterým organismus čelí, když se stává mnohobuněčným.
Obtížné jsou také vytvořené skupiny.
„Množství energie potřebné k rozbití těchto věcí se zvýšilo o více než milionový faktor,“ řekl Peter Junker, profesor na Georgia Tech a spoluautor článku.
Tato síla může být klíčem k dalšímu kroku ve vývoji mnohobuněčnosti – říká Dr. Ratcliffe – k rozvoji něčeho jako oběhového systému. Pokud buňky ve velké mase potřebují pomoc s přístupem k živinám, klíčový je objekt dostatečně silný, aby řídil tok tekutin.
„Je to jako vystřelit hasičskou hadicí do kvasnicové hmoty,“ řekl doktor Juncker. Pokud je buněčná hmota chudá, tento přísun živin ji zničí dříve, než se každá buňka může nasytit.
Tým nyní zkoumá, zda by se husté shluky kvasinek sněhových vloček mohly vyvinout způsoby, jak dodávat živiny do jejich nejvnitřnějších orgánů. Pokud ano, pak nám tyto kvasinky ve svých zkumavkách v Atlantě mohou prozradit něco o tom, jaké to bylo před eony, když vaši předkové a mnoho organismů kolem vás začali budovat těla z buněk.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
