Ceea ce a început în 2018 ca o singură celulă, invizibilă pentru ochiul uman, a evoluat acum într-o fiară multicelulară de mărimea unui purice. Un studiu în curs de desfășurare asupra drojdiei de bere (Saccharomyce s cerevisiae), mutată astfel încât să rămână atașată de grupuri precum drojdia de fulgi de nea, arată ce se poate întâmpla cu organismele microscopice unicelulare după mii de generații de selecție atentă. Studiul a fost publicat în Nature.
Când cercetătorii din Georgia Tech au selectat cele mai mari și cu cea mai rapidă creștere a grupurilor de drojdie din cinci populații, generație după generație, au cultivat un organism care conține mai mult de jumătate de milion de celule clonale, de 20.000 de ori mai mult decât strămoșul său.
Datele obținute sunt un exemplu de neegalat de evoluție multicelulară durabilă.
„Prin plasarea degetului nostru pe scara evoluției organismelor unicelulare, putem înțelege cum au evoluat acestea în organisme multicelulare din ce în ce mai complexe și integrate și putem studia procesul pe parcurs.” explică biologul evoluționist William Ratcliffe de la Institutul de Tehnologie din Georgia.
Dovezile de astăzi sugerează că viața pe Pământ a început cu organisme unicelulare în urmă cu aproximativ 3,5 miliarde de ani.
Cu toate acestea, se știe puțin despre modul în care celulele izolate care arătau și au acționat la fel au evoluat în forme de viață multicelulare cu țesuturi specializate capabile să coordoneze activități în urmă cu aproximativ două până la trei miliarde de ani.
Experimentele cu drojdia de zăpadă îi ajută acum pe experți să redea povestea.
Studiul se numește Multicellular Long Term Evolution Experiment (MuLTEE), iar cercetătorii speră să-l desfășoare în decenii. Primele descoperiri importante au fost făcute după 3000 de generații de evoluție.
Cercetătorii spun că populațiile individuale de drojdie au evoluat deja de la substanțe „mai slabe decât gelatina” la substanțe „cu rezistența și duritatea lemnului”.
„Am descoperit că există un mecanism fizic complet nou care permite grupurilor să crească la dimensiuni foarte, foarte mari.”explică biologul evoluționist Ozan Bozdag.
În primul rând, celulele de drojdie din experimente au dezvoltat ramuri mai mari, ceea ce a redus densitatea globală a organismului.
Apoi ramurile s-au împletit între ele, formând o grămadă, consistența care amintește de gelurile moderne.
În cele din urmă, această nouă structură a făcut organismul de 10.000 de ori mai puternic decât strămoșul său unicelular. Nu mai este așa de zăpadă.
„Crengile de drojdie s-au împletit, explică Bozdag, celulele grupate au dobândit un comportament asemănător viței de vie, înfășurându-se unul în jurul celuilalt și consolidând întreaga structură.”
O altă concluzie importantă a experimentelor a vizat rolul oxigenului în stabilirea limitelor progresului evolutiv.
Când Pământul era tânăr, oxigenul era insuficient. Abia când un anumit tip de bacterii a „insuflat viață” în atmosferă, acum câteva miliarde de ani, se crede că formele de viață multicelulare au început cu adevărat să evolueze.
Evoluția drojdiei de zăpadă în laborator susține ideea că oxigenul a fost o limitare severă pentru primele forme de viață multicelulare de pe Pământ. În experimente, doar populațiile de drojdie care nu se bazau pe oxigen pentru producerea de energie au putut evolua la dimensiuni atât de mari.
Pe de altă parte, grupurile de drojdie care aveau nevoie de oxigen au fost forțate să-l distribuie între toate celulele lor, ceea ce a creat costuri suplimentare pentru creștere.
Aceste rezultate, spun oamenii de știință, evidențiază „rolul critic al nivelurilor de oxigen în evoluția dimensiunii multicelulare”.
„Sunt foarte fericit că am un sistem model în care putem dezvolta viața multicelulară timpurie de-a lungul a mii de generații folosind puterea uimitoare a științei moderne.” spune Ratcliffe. „În principiu, putem înțelege tot ce se întâmplă, de la biologia celulară evolutivă până la trăsăturile biofizice care sunt direct supuse selecției”.
Va fi interesant de văzut ce se întâmplă cu aceste drojdii în următorii ani.
