16 Вчені з Морської біологічної лабораторії виявили, що фізичні сили рідини під час спільного харчування одноклітинних організмів могли стати каталізатором еволюції багатоклітинного життя, пропонуючи нове пояснення одного з найбільших еволюційних переходів на Землі.
Еволюційний перехід від одноклітинного до багатоклітинного життя залишався загадкою протягом багатьох десятиліть. Нове дослідження демонструє, що гідродинамічні переваги групового харчування могли спонукати одноклітинні організми до співпраці. Вчені зосередили свою увагу на харчовій поведінці Стентора (Stentor coeruleus) – гігантського трубкоподібного одноклітинного організму, довжина якого може сягати 2 міліметрів.
Доктор Джон Костелло, морський біолог з коледжу Провіденс і старший автор дослідження, пояснює суть експерименту: “Ми зробили крок назад в еволюції, до часів, коли організми були незалежними. Чому вони взагалі об’єдналися в колонію ще до того, як стали фіксованими в положенні один відносно одного?”
Стентор – це гетеротрофний війчастий організм, який мешкає у прісноводних ставках та озерах. Він закріплює свій тонкий кінець (тримач) до субстрату, а його ротовий кінець вільно рухається у воді. За допомогою війчастої структури рота він створює вихори, які втягують воду разом із бактеріями та іншими мікроорганізмами, що служать йому їжею.
Динамічні колонії та їх переваги
Під час лабораторних спостережень дослідники виявили, що окремі особини Стентора швидко формують динамічні колонії, прикріплюючись до поверхні скляної посудини. Хоча вони не з’єднуються фізично між собою, їхня близька взаємодія створює важливі гідродинамічні ефекти.
Провівши вимірювання потоків рідини, команда зробила важливе відкриття. Два сусідні Стентори можуть подвоїти кількість води, що потрапляє до їхніх ротів, порівняно з тим, коли вони харчуються поодинці. Завдяки цьому вони здатні вловлювати більше здобичі та навіть захоплювати швидших мікроорганізмів, оскільки їхні посилені вихори втягують воду з більшої відстані.
Доктор Шашанк Шехар, доцент Коледжу Еморі в Атланті та провідний автор дослідження, зазначає, що така співпраця особливо вигідна для слабших особин. Дослідники навіть виявили цікаву поведінку, яку назвали “вона мене любить, вона мене не любить”. Особини постійно коливаються, то наближаючи, то віддаляючи свої ротові кінці один від одного.
Математичне моделювання гідродинаміки колонії виявило своєрідну “нерозбірливість” у поведінці Стенторів. Особини часто змінюють сусідніх партнерів, що в результаті створює сильніші потоки їжі для всіх учасників колонії. “Ви можете дивитися на них як на людей, які завжди намагаються оптимізувати свій дохід”, — пояснює Костелло.
Від тимчасової співпраці до справжньої багатоклітинності
Цікаво, що колонії, які утворює сучасний Стентор, є нестабільними і швидко розпадаються від легкого струшування. Дослідники вважають, що така поведінка відображає ранню стадію еволюції багатоклітинності, яка передувала більш тісній інтеграції клітин.
Науковці припускають, що коли їжі стає обмаль, Стентори припиняють співпрацю і переходять до самостійного харчування. “Люди теж так роблять”, – зауважує Шехар. “Коли є багато ресурсів і здобичі, ми співпрацюємо і кооперуємося. Але коли ресурсів стає менше, кожен залишається сам по собі”.
На відміну від інших ранніх багатоклітинних моделей, таких як Volvox carteri, де колонії формуються з генетично ідентичних клітин, колонії Стентора складаються з генетично відмінних особин. Це робить їх прикладом ще більш примітивної форми співпраці, яка могла передувати справжній багатоклітинності.
Дослідники вважають, що модель Стентора ілюструє дуже ранній етап еволюції багатоклітинності.
“Це більш ранній, набагато більш ранній етап еволюції, коли щасливі поодинокі клітини сказали: ‘Добре, давайте тусуватися разом і отримувати користь, але потім давайте повернемося до того, щоб знову бути поодинокими’”, – говорить Шехар. “Багатоклітинність ще не була остаточно сформована”.
Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Physics. Вони пропонують новий погляд на те, як могла починатися еволюція багатоклітинності – одного з найважливіших переходів в історії життя на Землі. Відповідно до цієї моделі, перші кроки до багатоклітинності могли бути спричинені простою фізичною вигодою від спільного харчування, задовго до появи генетичних механізмів, що забезпечують більш тісну інтеграцію клітин.
