Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Р. Найт
«Смотри, что у тебя внутри». Глава из книги


К. Циммер
«Микрокосм». Глава из книги


Н. Резник
Как черепахи нарыли себе панцирь


Интервью с Б. Янишем
Наследники Поппера


А. Гуков
Крупные животные Арктики: сколько их осталось?


А. Огнёв
Откуда жизнь? Еще теплее!


Р. Докинз
«Эгоистичный ген». Глава из книги


А. Бердников
Вдоль по лунной дорожке


В. Бабицкая, С. Горбунов
Как и зачем птицы общаются с охотниками за медом


Е. Чернова
Хаос и порядок: фрактальный мир







Главная / Новости науки версия для печати

Экспериментально показано образование многоклеточных эукариот из одноклеточных предков


Обычные дрожжи превратились в многоклеточный организм с помощью закрепления нужных мутаций в ходе искусственного отбора

Обычные дрожжи (слева) превратились в многоклеточный организм (справа) с помощью закрепления нужных мутаций в ходе искусственного отбора. Фото из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в PNAS

Известно, что настоящие многоклеточные животные образовались на базе эукариотической клетки, хотя жизнь на планете испробовала для этой цели разные пути. Каким образом это могло происходить? В экспериментах на одноклеточных дрожжах ученые получили с помощью искусственного отбора многоклеточные ассоциации. Кластеры нарастали за счет того, что дочерние клетки после деления оставались вместе с материнскими, а не из-за слипания одиночных клеток, как это наблюдается в бактериальных пленках. Мутации, обеспечившие многоклеточность, оказались устойчивыми, а в пределах многоклеточных кластеров даже наметилось разделение функций.

Как принято сейчас считать (и, скорее всего, так оно и было), многоклеточность в истории земной жизни возникала не один раз. Мало того, в рамках этой темы мы сейчас помимо настоящих многоклеточных организмов обсуждаем разнородные ассоциации клеток, сформированные на базе бактерий, одноклеточных водорослей и простейших. Последние могут быть колониальными в течение всего жизненного цикла, как, например, шарик вольвокса, а могут превращаться в многоклеточный организм только по необходимости, как это происходит у колониальных амеб Dyctiostellium (см. Многоклеточный организм надежнее строить из схожих по генетике клеток, «Элементы», 22.12.2011).

Многочисленные модели показывают, что настоящая многоклеточность может получиться только на базе эукариотической клетки и только из клеток, обладающих единообразным геномом. Предположим, что эукариотическая клетка уже существует; каким образом она превращается в многоклеточный организм? Что делает из законченного эгоиста, каковым является любой одноклеточный организм, совершенного коллективиста — представителя слаженного ансамбля клеток многоклеточного, в котором возможность размножаться оставлена только избранным? Первым этапом этого необычайного превращения является отказ расходиться после деления, затем дифференциация функций и структуры.

Почему клетки одноклеточных перестают расходиться после деления? В предыдущих исследованиях было, например, показано, что обычная одноклеточная водоросль хлорелла формирует восьмиклеточные конгломераты, если хлореллу в культуре активно выедают жгутиконосцы. Клетки водоросли, увеличивая размер, защищаются от истребления. Однако других примеров эукариот, которые демонстрируют переход от одиночной жизни к коллективной, пока нет. В этом смысле работа американских ученых из Миннесотского университета весьма полезна: ученые проследили весь процесс превращения отдельных клеток дрожжей в многоклеточные ассоциации. Они сделали акцент на механизме формирования многоклеточных структур и показали начальные этапы разделения функций у клеток в клеточных ассоциациях.

Многоклеточные кластеры, названные снежинками, которые получили в ходе отбора на многоклеточность

Многоклеточные кластеры, названные снежинками, которые получили в ходе отбора на многоклеточность. В левом верхнем углу одиночные клетки дрожжей, с которых стартовал эксперимент; остальные картинки слева — фенотип многоклеточных кластеров из разных линий (с 1-й по 5-ю линии), справа — общий вид осажденных кластеров. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS

Эксперимент был поставлен следующим образом. Культуру дрожжей рассадили в десять пробирок. Затем в каждой из 10 линий провели отбор на «многоклеточность»: ежедневно пересаживали самую нижнюю фракцию культуры. Рецепт такой: сначала взболтать, потом дать постоять 45 минут, всё слить, оставив для пересаживания нижние 10 мл с клетками. Так как клеточные агрегаты тяжелее одиночных клеток, то они будут осаждаться быстрее. Поэтому в нижней части раствора доля клеточных агрегатов становилась всё выше. В результате отбора во всех пробирках через 2 месяца вырастали преимущественно клеточные агрегаты; микробиологи назвали получившийся фенотип «снежинками». Действительно, клеточные агрегаты хоть и не обладали строгой симметрией настоящих снежинок, но демонстрировали приблизительную центральную симметрию и имели разветвленные выросты, так что вполне соответствовали своему нику. Генотип этого новообразования оказался стабильным: когда отбор на многоклеточность сняли (продолжали пересаживать клетки, но из хорошо перемешанного раствора), то дрожжи всё равно формировали фенотип снежинок.

Процесс деления кластера, фотографии сделаны с интервалом в 1 час

Процесс деления кластера, фотографии (кроме второй) сделаны с интервалом в 1 час; стрелка показывает отделение дочернего кластера. Из обсуждаемой статьи в PNAS

Диаграмма распределения размера материнских и дочерних кластеров

Диаграмма распределения размера материнских и дочерних кластеров: синие столбики — материнские, а белые — дочерние. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Снежинки теоретически могли получиться двумя способами. Во-первых, за счет слипания одиночных клеток, во-вторых, из-за отсутствия расхождения клеток после деления. Весь процесс образования агрегатов был заснят, так что можно увидеть его воочию. Кроме того, помогли и биохимические тесты по дифференциальному окрашиванию клеточных структур (клетки в снежинке соединяются в местах образования почек дочерних клеток). И то и другое безоговорочно доказывает, что многоклеточные снежинки происходят вторым способом: клетки после деления не расходятся. Достигая определенного размера, кластер отделяет многоклеточного потомка; дочерний кластер по диаметру меньше родительского примерно в три-пять раз.

Правила игры в дочки-матери эволюционировали, как выяснилось, вместе с размером кластеров. Чем больше кластер, тем хуже питаются центральные клетки и, следовательно, тем медленнее кластер растет. Значит, число его потомков станет уменьшаться по мере увеличения кластеров. Вместе с тем, увеличение числа потомков есть наинасущнейшая задача любого организма. Значит, новому многоклеточному организму нужно изобрести способ одновременно быстро расти и оставлять много потомков. В ходе отбора этот способ был найден: увеличить число клеток, подвергшихся апоптозу, то есть клеточному самоубийству. Отмершие клетки становятся слабым звеном в системе клеточных связей, таким образом облегчается отделение дочерних кластеров. Апоптоз — явление обычное для дрожжей, но здесь оно приобрело новое значение. В результате у многоклеточных дрожжей появилось своеобразное разделение функций: часть клеток размножается, а часть жертвует возможностью оставить собственных потомков и отмирает во благо остальных.

Источник: William C. Ratcliff, R. Ford Denison, Mark Borrello, Michael Travisano. Experimental evolution of multicellularity // PNAS. 2012. Published online 17 January.

Елена Наймарк


Комментарии (35)



Последние новости: МикробиологияЭволюцияЕлена Наймарк

21.09
В условиях антропогенного шума летучие мыши перестают полагаться на слух
20.09
Третий — не лишний: в большинстве лишайников присутствуют два гриба и водоросль
19.09
Муравьи помогают тлям сохранять разнообразие окраски
13.09
Эволюционный эксперимент показал, где и как появляются наиболее приспособленные особи
5.09
Найдены строматолиты возрастом 3,7 млрд лет — древнейшие следы жизни на Земле
23.07
Млекопитающие с относительно крупным мозгом более уязвимы
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
7.07
В бирманском янтаре мелового периода найден вымерший убийца пауков
6.07
Метанокисляющие микроорганизмы донных осадков оказались неожиданно разнообразными
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия