Τα μεμονωμένα κύτταρα εξελίσσουν μεγάλες πολυκύτταρες μορφές σε μόλις δύο χρόνια

Για τα ανθρώπινα μάτια, η κυρίαρχη μορφή ζωής στη Γη είναι η πολυκύτταρη. Αυτοί οι καθεδρικοί ναοί από σάρκα, κυτταρίνη ή χιτίνη συνήθως παίρνουν σχήμα ακολουθώντας ένα εξελιγμένο, ατελείωτα επαναλαμβανόμενο πρόγραμμα ανάπτυξης:Ένα μόνο μικροσκοπικό κύτταρο διαιρείται, μετά διαιρείται ξανά και ξανά και ξανά, με κάθε κύτταρο να παίρνει τη θέση του στους αναδυόμενους ιστούς, μέχρι εκεί είναι ένας ελέφαντας ή ένα κόκκινο ξύλο όπου δεν υπήρχε πριν.

Τουλάχιστον 20 φορές στην ιστορία της ζωής - και πιθανώς πολλές φορές πιο συχνά - οι μονοκύτταροι οργανισμοί έχουν κάνει το άλμα προς την πολυκυτταρικότητα, εξελισσόμενοι για να κάνουν μορφές μεγαλύτερες από αυτές των προγόνων τους. Σε μια χούφτα από αυτές τις περιπτώσεις, η πολυκυτταρικότητα έχει υπερβεί, δημιουργώντας τους περίτεχνους οργανισμούς γνωστούς ως φυτά, ζώα, μύκητες και ορισμένες μορφές φυκιών. Σε αυτές τις μορφές ζωής, τα κύτταρα έχουν διαμορφωθεί σε ιστούς με διαφορετικές λειτουργίες - κύτταρα του καρδιακού μυός και κύτταρα της κυκλοφορίας του αίματος, κύτταρα που συγκρατούν το μίσχο ενός φυτού σιταριού, κύτταρα που φωτοσυνθέτουν. Μερικά κύτταρα περνούν τα γονίδιά τους στην επόμενη γενιά, τα βλαστικά κύτταρα όπως τα ωάρια και το σπέρμα, και μετά υπάρχουν όλα τα υπόλοιπα, τα σωματικά κύτταρα που υποστηρίζουν τη βλαστική σειρά στην προσπάθειά της να πολλαπλασιαστεί.

Αλλά σε σύγκριση με την εξαιρετικά επιτυχημένη απλότητα της μονοκύτταρης ζωής, με το μάντρα του «φάε, διαίρεσε, επανάλαβε», η πολυκυτταρικότητα φαίνεται περίπλοκη και γεμάτη επικίνδυνες δεσμεύσεις. Ερωτήματα σχετικά με το ποιες συνθήκες θα μπορούσαν να έχουν δελεάσει τους οργανισμούς να πάρουν αυτή τη διακλάδωση πριν από εκατομμύρια χρόνια στη Γη —όχι μια φορά αλλά πολλές φορές— ως εκ τούτου δελεάζουν επιστήμονες από θεωρητικούς παιγνίων και παλαιοντολόγους έως βιολόγους που φροντίζουν μονοκύτταρους οργανισμούς στο εργαστήριο.

Τώρα, ο βιολόγος William Ratcliff στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια και οι συνεργάτες του αναφέρουν ότι κατά τη διάρκεια σχεδόν δύο ετών εξέλιξης, έχουν προκαλέσει μονοκύτταρους ζυμομύκητες να αναπτυχθούν σε πολυκύτταρα σμήνη τεράστιου μεγέθους, από μικροσκοπικές σε διακλαδισμένες δομές ορατές στο γυμνό μάτι. Τα ευρήματα δείχνουν πώς μπορεί να συμβεί μια τέτοια μετάβαση και συνεπάγονται ενδιαφέροντα μελλοντικά πειράματα για να δούμε αν αυτές οι δομές αναπτύσσουν διαφοροποίηση — εάν τα κύτταρα αρχίζουν να παίζουν εξειδικευμένους ρόλους στο δράμα της κοινής ζωής.

Κίνητρα για να γίνετε νιφάδες χιονιού

Σχεδόν πριν από μια δεκαετία, οι επιστήμονες που μελετούν την πολυκυτταρικότητα ενθουσιάστηκαν από ένα πείραμα που πραγματοποίησαν οι Ratcliff, Michael Travisano και οι συνάδελφοί τους στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. Ο Ράτκλιφ, ο οποίος έκανε τη διδακτορική του διατριβή για τη συνεργασία και τη συμβίωση στις ζύμες, είχε συνομιλήσει με τον Τραβισάνο για την πολυκυτταρικότητα και αναρωτήθηκαν αν ήταν δυνατόν να εξελιχθεί η μαγιά σε κάτι πολυκύτταρο. Από μια ιδιοτροπία, πήραν σωλήνες μαγιάς που καλλιεργούνταν σε καλλιέργεια, τους τίναξαν και επέλεξαν αυτούς που καθίζανε πιο γρήγορα για να σπείρουν μια νέα καλλιέργεια, ξανά και ξανά για 60 ημέρες.

Αυτή η απλή διαδικασία, όπως περιέγραψαν αργότερα στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών , προκάλεσε γρήγορα την εξέλιξη των μικροσκοπικών συστάδων - ζυμομύκητες που είχαν εξελιχθεί για να παραμένουν προσκολλημένες μεταξύ τους, τόσο καλύτερα να επιβιώσουν από την πίεση επιλογής που ασκούσαν οι επιστήμονες. Οι ερευνητές στη συνέχεια προσδιόρισαν ότι λόγω μιας μόνο μετάλλαξης στο ACE2, έναν μεταγραφικό παράγοντα, τα κύτταρα δεν διασπάστηκαν μετά τη διαίρεση, γεγονός που τα έκανε βαρύτερα και ικανά να βυθιστούν πιο γρήγορα.

Αυτή η αλλαγή στα κύτταρα εμφανίστηκε γρήγορα και επανειλημμένα. Σε λιγότερες από 30 μεταφορές, ένας από τους σωλήνες εμφάνισε αυτή τη συσσώρευση. μέσα σε 60 μεταφορές, όλα τα σωληνάρια το έκαναν. Οι ερευνητές ονόμασαν τα κύτταρα μαγιά νιφάδα χιονιού, σύμφωνα με τα διακλαδιζόμενα σχήματα που είδαν στο μικροσκόπιο.

Το Snowflake Yeast ξεκίνησε ως παράπλευρο έργο, αλλά έμοιαζε με μια πολλά υποσχόμενη λεωφόρο για εξερεύνηση. «Αυτή είναι η ζωή μου για 10 χρόνια από τότε», είπε ο Ράτκλιφ. Το έργο του συγκέντρωσε συνεργάτες όπως ο Eric Libby, μαθηματικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Umeå στη Σουηδία, και ο Matthew Herron, ένας ερευνητής στο Georgia Tech, όπου ο Ratcliff είναι τώρα καθηγητής. Είχε ενταχθεί στο ποικίλο οικοσύστημα των ερευνητών που προσπαθούσαν να κατανοήσουν πώς προέκυψε η πολυκύτταρα ζωή.

Είναι εύκολο για εμάς, ως τις τεράστιες αρχιτεκτονικές κυψελών που είμαστε, να θεωρήσουμε δεδομένο ότι η πολυκυτταρικότητα είναι ένα απεριόριστο πλεονέκτημα. Όμως, όσο μπορούμε να πούμε από τα απολιθώματα, η ζωή φαίνεται να ήταν χαρούμενα μονοκύτταρη για τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια της. Και ακόμη και σήμερα, υπάρχουν πολύ περισσότεροι μονοκύτταροι οργανισμοί από τους πολυκύτταρους στον πλανήτη. Η παραμονή μαζί έχει σοβαρά μειονεκτήματα:η μοίρα ενός κυττάρου συνδέεται με εκείνη των κυττάρων γύρω του, οπότε αν πεθάνουν, μπορεί να πεθάνει και αυτό. Και αν ένα κύτταρο γίνει μέρος μιας πολυκύτταρης συλλογικότητας, μπορεί να καταλήξει ως σωματικό κύτταρο αντί για γεννητικό κύτταρο, πράγμα που σημαίνει ότι θυσιάζει την ευκαιρία να μεταβιβάσει τα γονίδιά του απευθείας μέσω της αναπαραγωγής.

Υπάρχουν επίσης ζητήματα ανταγωνισμού. «Τα κύτταρα του ίδιου είδους τείνουν να ανταγωνίζονται για πόρους», λέει ο Γκάι Κούπερ, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. «Όταν κολλάς ένα σωρό από αυτά μαζί, αυτός ο ανταγωνισμός για πόρους γίνεται ακόμη πιο ισχυρός. Αυτό είναι ένα μεγάλο κόστος… επομένως χρειάζεστε ένα όφελος που είναι ίσο ή μεγαλύτερο στην μακρινή πλευρά για να εξελιχθεί η πολυκυτταρικότητα."

Ένα κίνητρο μπορεί να είναι ότι μεγαλύτερες ομάδες κυττάρων μπορεί να είναι πιο δύσκολο για τα αρπακτικά να φάνε. Ανεξάρτητη εργασία της Roberta Fisher στο Πανεπιστήμιο VU του Άμστερνταμ το 2015 και της Στεφανίας Καψετάκη στην Οξφόρδη το 2019 έδειξε ότι τα φύκια και τα βακτήρια ανταποκρίθηκαν στους μικροσκοπικούς θηρευτές σχηματίζοντας ομάδες. Ο Herron και οι συνεργάτες του έδειξαν το 2019 ότι αυτή η προσαρμοστική πολυκυτταρικότητα στα φύκια δεν εξαρτιόταν από την επανεμφάνιση κάποιου θαμμένου προγονικού χαρακτηριστικού:Ήταν μια εντελώς πρωτότυπη, εξελιγμένη προσαρμογή.

Ένα άλλο πιθανό κίνητρο για την πολυκυτταρικότητα θα μπορούσε να είναι ότι οι οργανισμοί κινούνται καλύτερα ή αναζητούν τροφή καλύτερα ως ομάδα υπό ορισμένες συνθήκες. Αν συμβαίνει αυτό, εξήγησε ο Cooper, "αυτό οδηγεί σε μια αντιστάθμιση βιωσιμότητας-γονιμότητας, με την έννοια ότι αυξάνετε την επιβίωσή σας με το κόστος να είστε λιγότερο αναπαραγωγικοί, επειδή ανταγωνίζεστε για τους πόρους."

Ορισμένα φύκια μπορούν να αλλάζουν μεταξύ πολυκυτταρικών ομάδων και μεμονωμένων κυττάρων όταν αλλάζει το περιβάλλον τους. Τα χοανομαστιγώματα, οι πιο κοντινοί μονοκύτταροι συγγενείς στα ζώα, μπορούν επίσης να επιλέξουν να κάνουν ενέργειες που τα κάνουν να φαίνονται περίεργα πολυκύτταρα. Ο Thibaut Brunet, εξελικτικός βιολόγος στο Ινστιτούτο Παστέρ, θυμάται ένα εργαστήριο στο Κουρασάο όπου ο ίδιος και οι συνάδελφοί του συνέλεξαν νερό κοντά στην ακτή για να ελέγξουν για χοανομαστιγώματα και παρατήρησαν αργά το βράδυ, μετά το δείπνο, ότι κάτι κινούνταν στο δείγμα τους. Ήταν ένα νέο είδος choanoflagellate που είχε ενωθεί για να σχηματίσει ένα σχήμα κυπέλλου, το οποίο γυρνούσε προς τα έξω για να κινηθεί. «Ήταν συναρπαστικό να βλέπεις αυτό το πράγμα απλώς να παραμορφώνεται. … Είχε αυτή την περίπλοκη συλλογική συμπεριφορά που το έκανε σχεδόν σαν ζώο», είπε ο Brunet. "Θα μπορούσατε σχεδόν να νιώσετε αυτή τη μετάβαση από τον κόσμο των μικροβίων στον κόσμο των ζώων."

Αλλά για τα κύτταρα των περισσότερων πολυκύτταρων πλασμάτων, δεν υπάρχει επιλογή - είναι πολυκυτταρικότητα ή θάνατος. «Γίνεται κατά κάποιο τρόπο μονόδρομος», είπε ο Κούπερ. «Και ο καταμερισμός της εργασίας προβλέπεται να είναι ένας μεγάλος παίκτης σε αυτή τη μετάβαση». Μόλις κάποια κύτταρα αρχίσουν να επιτελούν έναν νέο ρόλο, εγκαταλείποντας τη δική τους αναπαραγωγική επιτυχία για να αυξήσουν αυτή των γειτόνων τους, τα υπολογιστικά μοντέλα προτείνουν ότι η ζωή σε μια ομάδα πρέπει να παρέχει οφέλη αποτελεσματικότητας για τον τρόπο ζωής για να έχει πιθανότητες επιβίωσης. Οι παράμετροι που απαιτούνται για την επιτυχία πρέπει να έχουν τηρηθεί στο παρελθόν, αλλά πώς ακριβώς;

Όταν ο Ράτκλιφ ξεκίνησε τη μακροχρόνια πειραματική του εργασία εξέλιξης, συνδύασε το ενδιαφέρον ενός θεωρητικού για μυριάδες πιθανά σενάρια με την περιέργεια ενός βιολόγου για το τι θα έκανε ένας πραγματικός, ζωντανός οργανισμός όταν πιεστεί στο όριο. Σκεφόταν επίσης ένα από τα πιο διάσημα πειράματα εξέλιξης, που ξεκίνησε από τον Richard Lenski πριν από περισσότερα από 30 χρόνια:12 E. coli Οι αποικίες στο εργαστήριο του Lenski διατηρούνται από το 1988. Έχουν μεταμορφωθεί με τα χρόνια με εκπληκτικούς τρόπους:Για παράδειγμα, το 2003, ο Lenski και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι ένας πληθυσμός είχε αναπτύξει την ικανότητα πέψης του κιτρικού, το οποίο E. coli δεν είχε γίνει γνωστό ποτέ πριν.

Ο Ράτκλιφ αναρωτήθηκε τι θα γινόταν με τη μαγιά νιφάδας χιονιού που αναπτύσσεται τόσο καιρό - θα πέτυχαν τελικά μεγάλο μέγεθος; Αυτό θα οδηγούσε σε διαφοροποίηση;

Η μαγιά της νιφάδας χιονιού πέτυχε την πολυκυτταρικότητα εύκολα, αλλά οι συστάδες τους παρέμειναν μικροσκοπικές, ανεξάρτητα από το τι προσπάθησε ο Ράτκλιφ. Για χρόνια απέτυχε να σημειώσει πρόοδο και πιστώνει στον Ozan Bozdağ, έναν ερευνητή στο Georgia Tech που ήταν μεταδιδάκτορας στο εργαστήριο του Ratcliff, το σπάσιμο του τοίχου.

Μεγάλο ζώο χωρίς οξυγόνο

Το κρίσιμο συστατικό αποδείχθηκε ότι ήταν το οξυγόνο. Ή μάλλον, η έλλειψή του.

Το οξυγόνο μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο για τα ζωντανά όντα, επειδή τα κύτταρα μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να διασπάσουν τα σάκχαρα για τεράστιες πληρωμές ενέργειας. Όταν δεν υπάρχει οξυγόνο, τα κύτταρα πρέπει να ζυμώνουν σάκχαρα, για μικρότερη απόδοση. Καθ' όλη τη διάρκεια, ο Ράτκλιφ καλλιεργούσε μαγιά με οξυγόνο. Ο Bozdağ πρότεινε την ανάπτυξη ορισμένων πολιτισμών χωρίς αυτό.

Ο Bozdağ ξεκίνησε τα πειράματα επιλογής με τρεις διαφορετικές ομάδες ζυμομυκήτων νιφάδων χιονιού, δύο που μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν οξυγόνο και μία που, λόγω μιας μετάλλαξης, δεν μπορούσαν. Κάθε ομάδα αποτελούνταν από πέντε γενετικά πανομοιότυπους σωλήνες και ο Bozdağ τους τοποθέτησε σε μια μηχανή ανακίνησης. Όλο το εικοσιτετράωρο, η μαγιά ανακινήθηκε με 225 στροφές ανά λεπτό. Μια φορά την ημέρα, τα άφηνε να καθίσουν στον πάγκο για τρία λεπτά και μετά χρησιμοποιούσε το περιεχόμενο του πυθμένα του σωλήνα για να ξεκινήσει φρέσκες καλλιέργειες. Μετά, ξανά στο σέικερ πήγαν. Κάθε μέρα το 2020 και στις αρχές του 2021, ακόμη και κατά τη διάρκεια του κλεισίματος των εργαστηρίων της πανδημίας COVID-19, ο Bozdağ ήταν εκεί, με ειδική εξαίρεση που χορηγήθηκε από το πανεπιστήμιο, ασκώντας επιλογή στη μαγιά.

Κατά τη διάρκεια των πρώτων 100 ημερών, οι συστάδες και στους 15 σωλήνες διπλασιάστηκαν σε μέγεθος. Έπειτα, έφτασαν ως επί το πλείστον μέχρι την 250η ημέρα, όταν τα μεγέθη σε δύο από τους σωλήνες που δεν χρησιμοποιούσαν οξυγόνο άρχισαν να ανεβαίνουν ξανά. Γύρω στην ημέρα 350, ο Bozdağ παρατήρησε κάτι σε έναν από αυτούς τους σωλήνες. Υπήρχαν συστάδες που μπορούσε να δει με γυμνό μάτι. «Ως εξελικτικός βιολόγος… νομίζεις ότι είναι ένα τυχαίο γεγονός. Κάπως έγιναν μεγάλοι, αλλά θα χάσουν από τους μικρούς μακροπρόθεσμα — αυτή είναι η σκέψη μου», είπε. "Δεν μίλησα πραγματικά για αυτό με τον Γουίλ εκείνη την εποχή."

Αλλά στη συνέχεια εμφανίστηκαν συστάδες στο δεύτερο σωλήνα. Και γύρω στην 400η ημέρα, οι τρεις άλλοι σωλήνες μεταλλαγμένων που δεν μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν οξυγόνο έπεσαν στο γρανάζι, και σύντομα και οι πέντε σωλήνες είχαν τεράστιες δομές μέσα τους, που ξεπερνούσαν περίπου 20.000 φορές το αρχικό τους μέγεθος. Ο Bozdağ άρχισε να βγάζει φωτογραφίες από τα συμπλέγματα με την κάμερα του τηλεφώνου του. Δεν υπήρχε πλέον ανάγκη για μικροσκόπιο.

Γιατί η εξάρτηση από το οξυγόνο φαινόταν να περιορίζει την επέκταση των συστάδων ζύμης; Το οξυγόνο διαχέεται μέσω των κυττάρων με σταθερό ρυθμό, έτσι ώστε καθώς τα σμήνη μεγαλώνουν, το οξυγόνο μπορεί να φτάσει στα κύτταρα στο εσωτερικό μόνο αργά ή καθόλου. Αν και τα μεγαλύτερα σμήνη είχαν πλεονέκτημα επιβίωσης σε αυτό το πείραμα, η γοητεία του οξυγόνου ήταν τόσο συναρπαστική για τις ζύμες που περιόρισαν το μέγεθος των συστάδων τους αντί να το εγκαταλείψουν. Για τα ανεξάρτητα από οξυγόνο μεταλλαγμένα που βασίζονταν στη ζύμωση για ενέργεια, δεν υπήρχε κανένα αντικίνητρο για να μεγαλώσουν.

Αλλά το μέγεθος δεν ήταν η μόνη διαφορά στα clusters. Όταν η ομάδα εξέτασε τα μεγάλα σμήνη κάτω από το μικροσκόπιο, ήταν σαφές ότι η μαγιά είχε αλλάξει. Τα κύτταρα ήταν πιο επιμήκη και ενώ οι πρώτες συστάδες ζύμης νιφάδων χιονιού χωρίστηκαν εύκολα - είχαν το ένα εκατοστό της συνοχής της ζελατίνης - οι μεγάλες συστάδες ήταν πολύ πιο σκληρές. «Εξελίσσονται από αυτό το πραγματικά εύθραυστο υλικό σε κάτι που έχει τις υλικές ιδιότητες του ξύλου», είπε ο Ράτκλιφ. «Γίνονται τουλάχιστον 10.000 φορές πιο σκληροί». Τα κλαδιά της νιφάδας χιονιού ήταν επίσης μπερδεμένα το ένα γύρω από το άλλο, έτσι ώστε ακόμα και όταν το τίναγμα έσπασε τους δεσμούς, τα κομμάτια έμειναν μαζί, μπλεγμένα στη μεγαλύτερη μάζα των αδερφών τους. Βιοφυσικά, αυτό υποδηλώνει ότι ένας μονοκύτταρος οργανισμός μπορεί να εξελίξει έναν τρόπο για να διατηρήσει τη φυσική ακεραιότητα ενός μεγαλύτερου μεγέθους.

Αυτό είναι ενδιαφέρον γιατί το μεγάλο μέγεθος και η διαφοροποίηση έχουν θεωρηθεί ότι συμβαδίζουν, εξήγησε ο Cooper. Πριν από δεκατέσσερα χρόνια, ο εξελικτικός βιολόγος J.T. Ο Bonner σημείωσε ότι όσο μεγαλύτερος είναι ένας πολυκύτταρος οργανισμός, τόσο περισσότερους τύπους κυττάρων έχει γενικά. Υπέθεσε ότι το μεγαλύτερο μέγεθος απαιτεί αύξηση της πολυπλοκότητας. Η ιδέα είναι ότι καθώς οι οργανισμοί μεγαλώνουν, έχουν μεγαλύτερη ποικιλία αναγκών που πρέπει να καλύψουν. "Αυτό μπορεί να δώσει ένα κίνητρο για να κατανεμηθεί η εργασία", είπε ο Cooper, ενώ σημείωσε ότι αυτό μπορεί να μην συμβαίνει πάντα.

Μπορείτε να δείτε, λοιπόν, πόσο μεγαλύτερο μέγεθος θα μπορούσε να καταλύσει μια αλλαγή. Φανταστείτε ένα σωρό μαγιάς νιφάδας χιονιού, που μεγαλώνει όλο και περισσότερο με κάθε κυτταρική διαίρεση. Τα εξωτερικά κλαδιά είναι εκτεθειμένα στα θρεπτικά συστατικά και τους κινδύνους του έξω κόσμου. Τα κλαδιά βαθιά μέσα στο σύμπλεγμα έχουν διαφορετική εμπειρία. Για αυτούς, τα θρεπτικά συστατικά είναι πιο σπάνια και οι σωματικές καταπονήσεις μπορεί να είναι μεγαλύτερες. Τι θα γινόταν αν τα κύτταρα στο εσωτερικό άρχισαν να συμπεριφέρονται διαφορετικά από αυτά στο εξωτερικό; Μπορεί να αλλάξουν τον μεταβολισμό τους για να αντέχουν με λιγότερα. Μπορεί να αναπτύξουν πιο ανθεκτικά κυτταρικά τοιχώματα για να αντέχουν στην πίεση, όπως τα κύτταρα στα πειράματα του εργαστηρίου Ratcliff. Ή μπορεί να αναπτύξουν πολύ διακλαδισμένα κανάλια που διοχετεύουν τα θρεπτικά συστατικά βαθύτερα στο σύμπλεγμα, ένα υποτυπώδες κυκλοφορικό σύστημα. Οι διαφορές θα μπορούσαν να εισχωρήσουν στις συμπεριφορές και τις ιδιότητες των κυττάρων σε απομακρυσμένες περιοχές ενός μεγάλου συμπλέγματος.

Φανταστείτε, λοιπόν, ότι κάθε φορά που σχηματίζεται ένα νέο σύμπλεγμα, η εμπειρία του ανακεφαλαιώνει αυτή τη διαδικασία, με τις ίδιες διαφορές στο περιβάλλον των εσωτερικών και εξωτερικών κυττάρων να οδηγούν τις ίδιες αποκλίνουσες αποκρίσεις. Αρχίζετε να βλέπετε πώς μπορεί να ξαναγραφτεί η ιστορία αυτού που κάποτε ήταν ένα μονοκύτταρο πλάσμα, με το σώμα του ένα παλίμψηστο του τι έκανε για να επιβιώσει.

Από την πολυκυτταρικότητα στη διαφοροποίηση

Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν τεκμηριωμένες περιπτώσεις ενός οργανισμού που εξελίσσεται τόσο πολυκυτταρικότητα όσο και ρυθμιζόμενη διαφοροποίηση στο εργαστήριο. Το πλησιέστερο μέχρι στιγμής μπορεί να είναι η μαγιά της νιφάδας χιονιού που περιγράφεται στην εργασία του Ράτκλιφ και των συναδέλφων του το 2012, στην οποία κύτταρα στη συμβολή δύο κλαδιών προκαλούσαν μερικές φορές τον δικό τους θάνατο. Αυτό έκανε τα κλαδιά που ήταν προσκολλημένα στο νεκρό κύτταρο να σπάσουν και να δημιουργήσουν τα δικά τους σμήνη. Η ομάδα πιστεύει ότι αυτό θα μπορούσε να είναι μια μορφή διαφοροποίησης, καθώς τα κύτταρα που εγκατέλειψαν τη ζωή τους μπορεί να έχουν ωφελήσει τη ζύμη ως ομάδα. «Μπορεί να υπάρχει κάποιο όφελος από τον κυτταρικό θάνατο, εάν διασπάσει τα κύτταρα προτού τρέξουν σε περιορισμένα θρεπτικά συστατικά», είπε ο Λίμπι, ο οποίος συνεργάστηκε με τον Ράτκλιφ για τη μοντελοποίηση του φαινομένου.

Αλλά σημειώνει επίσης ότι η εργασία του Paul Rainey του Ινστιτούτου Max Planck για την Εξελικτική Βιολογία και των συναδέλφων του έχει δείξει ότι ο Ψευδομόνας Τα βακτήρια μπορούν επίσης να σχηματίσουν πολυκύτταρες ομάδες στις οποίες τα κύτταρα μπορεί να λάβουν διαφορετικές μορφές και συμπεριφορές που εξυπηρετούν ένα συλλογικό σκοπό. Ο εντοπισμός της πραγματικής διαφοροποίησης σε αυτές τις περιπτώσεις μπορεί να είναι δύσκολος. «Ειλικρινά, αυτές οι δηλώσεις μπορεί να είναι συζητήσιμες επειδή οι πρωτόγονες μορφές πολυκυτταρικής πολυπλοκότητας συχνά μοιάζουν με τυπική μονοκύτταρη συμπεριφορά», είπε ο Λίμπι. «Αυτό δεν είναι τυχαίο. πρέπει να εξελιχθεί από κάπου."

Είναι ακόμα πολύ εικαστικό αν μελλοντικά πειράματα θα δείξουν ότι οι μαζικές ζύμες νιφάδων χιονιού μπορούν να αναπτύξουν περίπλοκες διαφορές στους ιστούς τους. Αλλά καθώς η ομάδα συνεχίζει να εξελίσσει τη μαγιά, θα μπορούσαν να υπάρξουν πολλές ευκαιρίες να συμβούν περίεργα πράγματα.

Ο Bozdağ θυμάται ότι όταν είπε στον Ratcliff ότι η μαγιά είχε εξελιχθεί σε μεγάλο μέγεθος, ο Ratcliff είπε:«Φίλε! Πρέπει να το συνεχίσεις αυτό για 20, 30 χρόνια!». Μετά από χρόνια απογοήτευσης, ο Ράτκλιφ ενθουσιάστηκε όταν είδε ότι οι ζύμες μπορούσαν, στην πραγματικότητα, να προσφέρουν στον εαυτό τους κάτι σαν σώμα.

«Δεν ήμουν ειλικρινά σίγουρος αν αυτό ήταν ένα σύστημα που θα κορεστούσε σε 1.000 περίπου κύτταρα», είπε ο Ράτκλιφ. «Πρέπει να συνεχίσουμε να τους εξελίσσουμε και να δούμε τι μπορούν να κάνουν. Πρέπει να δούμε, αν σπρώξουμε αυτούς τους τύπους όσο πιο μακριά μπορούμε για δεκαετίες, για δεκάδες χιλιάδες γενιές…»

Έφυγε και μετά ξεκίνησε ξανά. «Αν δεν το κάνουμε αυτό, πάντα θα μετανιώνω που δεν άδραξα την ευκαιρία. Είναι μια ευκαιρία που δίνεται μια φορά στη ζωή, να προσπαθήσουμε να ωθήσουμε ένα εκκολαπτόμενο πολυκύτταρο πλάσμα να γίνει πιο περίπλοκο και να δούμε πόσο μακριά μπορούμε να το φτάσουμε."

Διόρθωση:29 Σεπτεμβρίου 2021
Το αρχικό άρθρο αναφερόταν κατά λάθος στα rotifers ως πρωτόζωα. είναι μικροσκοπικά ζώα.