…А не за миллиарды лет эволюции, как принято считать! В экспериментах американских учёных пекарским дрожжам понадобилось всего 60 дней, чтобы начать жить сообществами, где все члены группы объединены общим благом и готовы принести себя в жертву товарищеским интересам.

Считается, что фундаментальные эволюционные изменения вроде перехода от одноклеточности к многоклеточности происходили невероятно долго — миллионы (если не миллиарды) лет. Эволюция действительно не любит спешки, и чем глобальнее изменения, тем дольше идёт подготовка к ним.

Однако теперь появился повод усомниться в такой тугодумности эволюции — по крайней мере в отношении появления многоклеточности.

В экспериментах учёных из Университета Миннесоты (США) одноклеточные организмы превращались в многоклеточные всего за несколько месяцев.

Рис. 1. Кластер дрожжей перед размножением; красным выделены погибшие клетки, по которым пройдёт линия деления. (Фото авторов работы).

В качестве модельного объекта были взяты обычные пекарские дрожжи. Эти одноклеточные грибы размножаются почкованием: когда материнская клетка вырастает до определённого размера, более мелкая дочерняя отпочковывается от неё и отправляется в свободное плавание. По словам учёных, главной проблемой было даже не планирование эксперимента по превращению одноклеточных дрожжей в многоклеточные, а хотя бы мысленное допущение, что этот процесс может быть осуществлён за обозримые сроки. Принято считать, что многоклеточность возникала в истории жизни на Земле по меньшей мере 25 раз, но обстоятельства её появления от нас скрыты. Мы можем лишь догадываться о тех условиях, которые заставили отдельно взятые клетки искать помощи друг у друга.

Уильям Рэтклифф и его коллеги выбрали в качестве движущей силы гравитационное поле. Они предположили, что сила притяжения была тем фактором, который благоприятствовал появлению многоклеточных. Очевидно, что клеточные комплексы, плававшие в доисторическом океане, оседали на дно быстрее, чем одиночные клетки. Дрожжи тоже могут слипаться друг с другом, образуя крупные кластеры, и в эксперименте самые крупные скопления оседали на дно быстрее, чем их более мелкие «собратья», не говоря уже об одиночных клетках. Раз за разом исследователи отбирали кластеры, осевшие на дно в первую очередь, снова культивировали их и вновь отбирали самые крупные образцы.

Разумеется, обычный комок слипшихся клеток — это ещё не многоклеточный организм. Но тут учёным удалось показать, что кластеры дрожжей, с которыми они работали, состояли из генетически родственных клеток, то есть все члены группы были потомками одного родителя. Дрожжи размножались, но дочерние клетки оставались слипшимися с родительскими. И, что более важно, клеточные кластеры в экспериментах начинали вести себя как единые организмы. У них была ювенильная стадия, во время которой они росли, и взрослая, когда кластер размножался, делясь на бóльшую и меньшую части. Это было похоже на отпочкование маленькой дочерней клетки от родительской, только тут всё происходило на уровне целого кластера.

В этом случае некоторые клетки приносили себя в жертву: они погибали, чтобы позволить разойтись дочернему и родительскому кластерам. То есть клетки оказывались не просто сборищем, где каждый был сам за себя, а сообществом, члены которого сотрудничали во имя общего блага.

Погибшие клетки приносили пользу целому кластеру, которому для успешной жизнедеятельности необходимо было разделиться. Умирая, они давали возможность всему сообществу выжить и создать больше потомков.

Самое любопытное, что эксперимент занял 60 дней. По словам учёных, они в итоге получили индивидуальные скопления дрожжевых клеток, которые жили и погибали как единое целое. Всё вместе указывало на то, что дрожжам в течение эксперимента удалось нащупать путь в сторону многоклеточности.

До сих пор учёные указывали на то, что многоклеточные могли обладать разными преимуществами перед одноклеточными. Но очень и очень немногие исследования показывают непосредственную «сборку» многоклеточного организма, как она могла бы происходить миллиарды лет назад. Свои результаты исследователи готовятся опубликовать в журнале PNAS.

Прочитав всё это, вы, должно быть, подумали: это невероятно, что многоклеточные появлялись в ходе эволюции всего несколько раз. И действительно, коль скоро для этого требовалось не так уж много времени, таких попыток могло быть неизмеримо больше. В дальнейшем авторы собираются повторить свои эксперименты на других современных многоклеточных. Дело в том, что нынешние дрожжи произошли от многоклеточных предков, и какая-то память об этом могла у них остаться. А потому учёные хотят принудить к многоклеточности другие организмы, вроде водорослей-хламидомонад, у которых не было многоклеточного прошлого.