Одно из самых знаменательных событий в истории жизни на Земле — переход от одноклеточных организмов к многоклеточным. По мнению биологов, происходило это не один и не два, а целых двадцать раз, но в последние 200 млн лет такого, увы, не случалось. А учёным очень хотелось бы понять, как это было: всё-таки все наши специализированные органы и ткани есть прямое следствие того, что когда-то жизнь пошла по многоклеточному пути.

Зелёная одноклеточная водоросль Chlamydomonas reinhardtii (фото Scientifica). Но исследователи не сдаются, пытаясь воссоздать этот переход с современными организмами, которые хотя бы отчасти можно уподобить древнейшим одноклеточным. Несколько лет назад это удалось провернуть с дрожжами: оказалось, что эти грибы могут сформировать многоклеточные конгломераты всего за два месяца. Ну а сейчас то же самое сделано с зелёными водорослями.

Опыты с водорослями ставили Уильям Рэтклифф (William C. Ratcliff) (тот самый, что превращал одноклеточные дрожжи в многоклеточные) и его коллеги из Технологического института Джорджии и Миннесотского университета (оба — США). Десять культур одноклеточных водорослей Chlamydomonas reinhardtii растили в течение пятидесяти поколений. Время от времени водоросли мягко осаждали в центрифуге и отбирали кластеры клеток, которые быстрее всех падали на дно; эти кластеры давали начало следующему поколению.

 Как пишут исследователи в Nature Communications, в одной из десяти колоний к пятидесятому поколению появились уже вполне определённые многоклеточные скопления — причём, что самое удивительное, у клеток в них был синхронизирован жизненный цикл. Клетки водорослей оставались вместе на протяжении нескольких часов, после чего разбегались, чтобы начать делиться и сформировать новую многоклеточную колонию. 

Точно такой же опыт ставился с дрожжами, а повторить его с водорослями учёных заставила критика: им говорили, что современные дрожжи, хотя и являются одноклеточными, в прошлом были многоклеточными, а потому объединиться в нечто многоклеточное для них не составляет труда. Chlamydomonas же всегда были одноклеточными — однако тот же самый трюк удался и с ними.

Впрочем, в многоклеточности водорослей было одно важное отличие от дрожжевого случая: если дрожжи после деления оставались связанными (клетка с клеткой), то водоросли полностью отделялись друг от друга, но находились в одной общей слизистой оболочке. То есть многоклеточность не только могла возникать независимо у самых разных групп организмов, механизм её появления мог варьироваться от случая к случаю.

И это, возможно, говорит о том, что переход к многоклеточному состоянию для древнейших жизненных форм был не таким уж трудным и долгим, как об этом принято думать.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Переход от одноклеточной формы организации к многоклеточной в эволюции жизни совершался неоднократно — считается, что около двадцати пяти раз. В связи с этим многие исследователи полагают, что причин у такого процесса могло быть множество. К примеру, клетки могут объединяться для защиты от хищника (считается, что это главная причина многоклеточности у зелёных водорослей). Или же клетки собираются, потому что им так проще расселяться и размножаться (случай слизевиков).

Многоклеточные колонии слизевиков образуются при агрегации неродственных клеток. (Фото Carolina Biological.)Но достаточно ли одной причины, чтобы клетки объединились? Исследователи из Оксфорда (Великобритания) полагают, что другим важным фактором тут служит генетическое родство клеток. Действительно, группа может образоваться не только из родственников; для защиты от хищников могут объединиться индивидуумы, которые генетически друг другу никто (разве что все они относятся к одному виду). Однако именно родственные отношения позволили появиться на свет некоторым хорошо известным особенностям многоклеточных организмов.

«Школьный» пример примитивного многоклеточного — водоросль вольвокс, чьи колонии образуются путём последовательного деления одной исходной клетки. (Фото Kage-Mikrofotografie.)Роберта Фишер, один из авторов интересующей нас статьи в журнале Current Biology, сравнивает формирование многоклеточных связей с образованием социальной группы у насекомых. Клетки, по её словам, вступают между собой в такие же отношения, как и муравьи в муравейнике или пчёлы в улье. У многоклеточных организмов, как всем известно, разные группы клеток выполняют разные функции — подобно кастам у социальных насекомых.

Но у муравьёв и пчёл все члены колонии приходятся друг другу родственниками. Вот и у клеток, по мнению исследователей, появление дифференцированных групп возникло благодаря генетическому родству между многоклеточными колонистами. В этом случае клетке относительно легко отказаться от самостоятельного размножения и передать эту функцию другим. А именно так и обстоят дела, к примеру, в человеческом организме: у нас есть доля половых клеток, от которых зависит передача генетической информации следующему поколению, а все остальные клетки, грубо говоря, находятся у них на посылках.

Отсюда авторы делают такой вывод: по крайней мере одним из преимущественных вариантов появления многоклеточных организмов было объединение потомков одной родительской клетки, то есть клонов. В союзе клонов проще появиться разным клеточным «кастам», в том числе таким, которые утратили способность размножаться самостоятельно. То есть одной из мощнейших сил, двигавших одноклеточных по направлению к многоклеточности, был родственный альтруизм.

Однако сами учёные подчёркивают, что это не единственный способ. Они проанализировали 168 видов, находящихся как бы на пороге между двумя состояниями, и среди них попадались такие, что образовывали многоклеточные колонии агрегацией неродственных друг другу клеток (вроде тех же слизевиков). Кроме того, многоклеточность — вовсе не неизбежный вариант развития: случается, что преимущества одноклеточной жизни перевешивают прелести жизни многоклеточной, поэтому то разным организмам приходится соотноситься только с собственными индивидуальными условиями и оценивать лишь личную выгоду от того или иного варианта.

 Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Традиционное представление о переходе древнейших организмов от одно- к многоклеточности заключается в том, что это необратимый скачок, после которого многоклеточные организмы продолжили усложняться, оставив далеко позади одноклеточных предков. Но, как утверждает Беттина Ширмайстер из Цюрихского университета (Швейцария), у сине-зелёных водорослей многоклеточность несколько раз возникала и терялась в ходе эволюции.

Вид на Большой призматический источник, что в Йеллоустоунском национальном парке (США). Характерная окраска гейзера — это они, сине-зелёные. (Фото Jim Wark / Stock Connection / Science Faction / Corbis.) Сине-зелёные водоросли (или цианобактерии), фотосинтетические прокариоты, впервые обнаруживают своё присутствие в окаменелостях, чей возраст достигает 2,5 млрд лет; с тех пор они широко и основательно расселились по всей планете. Группа исследователей под началом г-жи Ширмайстер, использовав генетические карты 1 254 видов цианобактерий, построила на основании генетического родства 11 000 филогенетических (эволюционных) деревьев водорослей, чтобы понять, в какой именно точке эволюции сине-зелёных возникла многоклеточность.

К удивлению учёных, сравнение генетических карт показало, что таких точек в истории цианобактерий было несколько. И даже более того: многие современные одноклеточные произошли от многоклеточных предков, так что многоклеточность не является таким уж необратимым эволюционным скачком.

Впрочем, как отмечает палеобиолог Эндрю Нолл из Гарвардского университета (США), цианобактерии — это цианобактерии, и даже если их многоклеточные уступают одноклеточным в сложности организации — биохимической, генетической или структурной, это не обязательно справедливо в случае развития многоклеточности у эукариот.

Результаты исследования немецких учёных опубликованы в февральском номере журнала BMC Evolutionary Biology. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Обнаруженные в районе шотландского озера Лох-Торридон окаменелые одноклеточные доказывают, что далёкие предки эукариот вышли из моря на сушу раньше, чем считалось это случилось миллиард лет назад.

Окаменелые цианобактерии из Эоцена (55-38 млн лет назад) (фото Michael Abbey)Говорят, жизнь появилась на Земле 3,8 млрд лет назад. Самые важные этапы развития были пройдены в море: разделение на прокариот и эукариот, появление полового размножения, возникновение многоклеточности и т. д. Затем, около полумиллиарда лет назад, жизнь выбралась на девственную сушу, совершенно свободную от живых организмов (впрочем, могли быть незначительные «поселения» бактерий и сине-зелёных водорослей).

Находка британских палеобиологов из Оксфордского университета и Университета Шеффилда и американцев из Бостонского колледжа отодвигает время выхода жизни на сушу ещё на 500 млн лет назад.

В известном своей палеонтологической «плодовитостью» районе озера Лох-Торридон, что на северо-западе Шотландии, исследователи обнаружили окаменелые останки организмов, которые жили в доисторическом пресном водоёме примерно миллиард лет назад. Тут необходимо уточнить, что суша и её пресные озёра (реки, пруды и пр.) являются противоположностью морской среде обитания; жизнь в пресной среде и на суше для древнейших организмов была в равной степени трудна по сравнению с родной солёной средой. Так что вполне правомерно говорить о том, что пресноводные далёкие предки водорослей сумели выйти «на сушу».

Окаменелые одноклеточные отличаются от бактерий. Для них характерны специализированные структуры, такие как ядро, митохондрии и хлоропласты, необходимые для фотосинтеза. Учёные также утверждают, что эти организмы уже «узнали» про половой процесс, который значительно ускоряет эволюционное развитие. Более того, некоторые из этих окаменелых клеток складывались в сложносочинённые комплексы, что позволяет говорить о том, что они уже стояли на пути к многоклеточности. Возможно, именно эти организмы были предками зелёных водорослей и, далее, вообще всех зелёных растений Земли.

Статья палеобиологов опубликована в журнале Nature.

Возможно, рассуждает один из соавторов работы профессор Мартин Брэзер, некоторые ключевые события в развитии жизни, которые, как считалось ранее, произошли в древних морях, на самом деле имели место в подобных этому пресноводных озёрах. Здесь могло произойти объединение древних бактерий с родоначальниками эукариот, в результате чего получились митохондрии и хлоропласты (по одной популярной теории, эти клеточные органеллы произошли от симбиотических бактерий).

В течение 500 млн лет организмы, подобные обнаруженным в фосфатных отложениях по берегам шотландского озера, в буквальном смысле подготавливали почву для предков лишайников и мхов, которые и перерезали красную ленточку между морем и сушей.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В промежутке между двумя мощными оледенениями в морях обитали одноклеточные организмы. Они спасались от холода и хищников при помощи раковины-панциря. Ученые считают, что эти организмы были похожи на современных раковинных амеб.

Панцирный одноклеточный организм    В конце неопротерозойской эры нашу планету полностью покрывали льды. Эта гипотеза носит красивое название «Земля-снежок». Считается, что это оледенение пережили совсем немногие виды. Например, практически все достаточно сложно организованные (имеющие ядро и оболочку) водоросли, к сожалению, исчезли. Но когда лед растаял, произошел настоящий взрыв жизни. Именно тогда появились самые необычные животные, которых когда-либо создавала природа, – представители эдиакарской фауны. Палеоклиматические данные говорят о том, что глобальное оледенение разделялось на два периода – Мариноанское и Стуртианское оледенения. В промежутке между ними произошло небольшое потепление, и лед, по-видимому, стал немного таять.

Одноклеточные с панцирем

    Группе ученых под руководством доктора Тани Босак (Tanja Bosak) из Массачусетского технологического института удалось обнаружить ископаемые останки удивительных одноклеточных организмов, которые появились как раз в эпоху этого потепления между двумя оледенениями примерно 710 млн. лет назад. «Мы достаточно хорошо знаем, что происходило до глобального оледенения, но вот о том, что происходило в период между Мариноанским и Стуртианским оледенением –данных очень мало», -- говорит Босак.

    Ученым удалось найти раковины одноклеточных организмов в отложениях на севере Намибии и Монголии. При помощи электронного микроскопа они рассмотрели их строение. Если в отложениях из Намибии преобладали круглые раковины, то монгольские отличались более вытянутой формой. Как объясняет Босак, каждая раковина имела отверстие (устье) для ложноножки, с помощью которой одноклеточные передвигались.

Амебы строили раковину

    С помощью рентгеноспектрального анализа ученые выяснили состав раковин. «Толщина этих раковин не превышала десяти микрон, они состояли из глинистых минералов разного размера и возраста. Это свидетельство того, что одноклеточные строили раковины из частиц, которые свободно плавали в воде, и скрепляли их выделениями цитоплазмы», -- пишут авторы. По-видимому, раковины защищали одноклеточных от многих неприятностей, например, холодной температуры и хищников.

Источник:  Infox.ru

Простейшие хоанофлагеллаты, которые, как полагают, стоят на грани между одноклеточностью и многоклеточностью, образуют зародышеобразные колонии только с помощью бактериального липида, который получают из съеденных бактерий.

Хоанофлагеллаты одиночные (слева) и образующие колонии после питания бактериями (справа) (фото авторов работы)Хоанофлагеллаты, группа одноклеточных эукариот со жгутиками, могут как жить поодиночке, так и образовывать колонии. Именно поэтому едва ли не с начала позапрошлого века они пользуются повышенным вниманием учёных: по мнению многих, эти простейшие должны помочь раскрыть тайну перехода от одноклеточных форм жизни к многоклеточным. Колонии хоанофлагеллат образуются подобно делящемуся зародышу: новые дочерние клетки не отрываются друг от друга и не уходят в свободное плавание, а остаются соединёнными. Кроме того, в последнее время в геноме у хоанофлагеллат нашли ряд генов, который сближает их с истинно многоклеточными организмами.

Однако до сих пор учёным с большим трудом удавалось вызвать образование колоний у этих простейших в лабораторных условиях. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США) нашли неожиданный компонент, который помогает клеткам хоанофлагеллат оставаться вместе после деления. Оказалось, что становиться «многоклеточными» им помогают бактерии, которых хоанофлагеллаты едят. Учёные обратили внимание на то, что после обработки антимикробными реагентами хоанофлагеллаты вообще теряли способность формировать колонии.

Исследователи, предположившие, что бактерии как-то задействованы в образовании колоний, протестировали около 60 видов бактерий, чтобы выяснить, будут ли они помогать хоанофлагеллатам держаться вместе. В итоге был найден один вид —  Algoriphagus machipongonensis из группы Bacteroidetes. (Виды этой группы неоднократно замечались в сотрудничестве с разными эукариотами: некоторые из Bacteroidetes участвуют в развитии водорослей, другие помогают сформироваться иммунитету у млекопитающих, являясь компонентом кишечной микрофлоры.) Хоанофлагеллаты, питавшиеся A. machipongonensis, были весьма склонны к образованию характерных розеткообразных колоний. Ключевой молекулой тут оказался бактериальный сульфолипид, названный RIF-1 (Rosette-Inducing Factor 1).

Выяснилось также, что колонии хоанофлагеллатов эффективней поглощают бактерии, чем одиночные клетки. Это указывает на некоторое противоречие: зачем бактериям синтезировать вещество, которое в итоге помогает поедать их? Впрочем, не исключено, что у самих A. machipongonensis этот сульфолипид выполняет некие важные функции, отсюда и пренебрежение столь опасным побочным эффектом.

Статья с результатами исследования в скором времени выйдет в журнале eLife .

Хоанофлагеллат нельзя считать прямыми предками многоклеточных организмов. Однако не исключено, что когда-то первые эукариоты действительно пошли по такому пути: решив из одноклеточных стать многоклеточными, они могли воспользоваться бактериальным ресурсом, благо бактерий в те времена (как и сейчас) было видимо-невидимо. И всё же следует помнить, что это лишь одна из гипотез о происхождении многоклеточности, пусть и получившая сейчас чуть больше очков, чем остальные.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА