אחד הפאזלים הגדולים במדע היה התפתחותם של אורגניזמים חד-תאיים למגוון החי והצומח המדהים ביותר שאנו רואים כיום. כיצד עשתה כדור הארץ את המעבר מכדור סלע חסר תחילה לאחד המאוכלס רק על ידי אורגניזמים חד-תאיים לעולם שכולו חיים מורכבים יותר?
כפי שמדענים מבינים זאת, אורגניזמים חד-תאיים החלו להתפתח לראשונה לצורות מורכבות יותר לפני יותר מ -500 מיליון שנה, כשהחלו ליצור אשכולות רב-תאיים. מה שלא מובן זה רק איך התהליך הזה התרחש. אולם כעת, הביולוגים הם צעד נוסף קרוב יותר להבנת הפאזל הזה, על ידי שכפול מוצלח של שלב מפתח זה - שימוש במרכיב הנפוץ בייצור לחם ובירה - שמרי ברואר רגילים (Saccharomyces cerevisiae). בעודו עוזר לפתור חידות אבולוציוניות כאן בכדור הארץ, זה בהרחבה גם נושא לשאלת ההתפתחות הביולוגית בכוכבי לכת או ירחים אחרים.
התוצאות פורסמו בגיליון השבוע שעבר הליכי כתב העת של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS).
שמרים הם צורה מיקרוסקופית של פטריות; הם חד-תאיים אך יכולים להפוך לרב-תאיים באמצעות היווצרות של מחרוזת של תאים ניצנים מחוברים, כמו בתבניות. הניסויים התבססו על עובדה זו והיו פשוטים באופן מפתיע, הם פשוט לא נעשו קודם לכן, לפי וויל רטקליף, מדען מאוניברסיטת מינסוטה (UMN) ומחבר לעבודה של העיתון. "אני לא חושב שמישהו אי פעם ניסה את זה לפני כן," הוא אמר והוסיף: "אין הרבה מדענים שעושים אבולוציה ניסיונית, והם מנסים לענות על שאלות על אבולוציה, לא ליצור אותה מחדש."
סם שיינר, מנהל התוכנית בחטיבה לביולוגיה סביבתית של NSF, מוסיף: "כדי להבין מדוע העולם מלא בצמחים ובעלי חיים, כולל בני אדם, עלינו לדעת כיצד יצורים חד-תאיים עברו את המעבר לחיות כקבוצה, כמו אורגניזמים רב-תאים. המחקר הזה הוא הראשון שצפה במבחן ניסיוני במעבר זה, והעניק מבט לאירוע שהתרחש לפני מאות מיליוני שנים. "
נהוג לחשוב שהצעד לעבר מורכבות רב-תאית היה קשה, מכשול אבולוציוני שקשה מאוד להתגבר עליו. המחקר החדש, עם זאת, מציע כי יתכן שהוא לא כל כך קשה.
הניסוי הראשון לקח רק 60 יום כדי לייצר תוצאות. השמרים נוספו תחילה לתרבות עשירה בתזונה, ואז התאים הורשו לגדול במשך יום אחד. לאחר מכן הם מרובדים לפי משקל בעזרת צנטריפוגה. אשכולות של תאי שמרים נחתו בתחתית צינורות המבחן. לאחר מכן התהליך חזר על עצמו, לקח את אשכולות התאים והוסיף אותם מחדש לתרבויות רעננות. לאחר שישים מחזורים של זה, אשכולות התאים החלו להראות כמו פתיתי שלג כדוריים, המורכבים ממאות תאים.
הממצא המשמעותי ביותר היה שהתאים לא רק מקבצים ונצמדים זה לזה באופן אקראי; האשכולות הורכבו מתאים שהיו קשורים גנטית זה לזה ונשארו קשורים לאחר חלוקת תאים. כאשר האשכולות הגיעו ל"מסה קריטית ", מתו כמה תאים, תהליך המכונה אפופטוזיס, המאפשר לצאצאים להיפרד.
זה אם כן, במילים פשוטות, התהליך לעבר חיים רב תאיים. כפי שתואר על ידי Ratcliff, "אשכול לבד אינו רב-תאי. אבל כאשר תאים באשכול משתפים פעולה, מקריבים קורבן לטובת הכלל, ומסתגלים לשינוי, זהו מעבר אבולוציוני לרב-תאיות. "
אז בפעם הבאה שאתם אופים לחם או מבשלים בירה משלכם, קחו בחשבון את העובדה שתאי השמרים הקטנים הדלים האלה חשובים הרבה יותר מסתם תפקיד שימושי במטבח שלכם - הם גם עוזרים לפתור כמה מהתעלומות הגדולות ביותר של החיים התחיל, גם כאן ואולי במקומות אחרים.
