Skip to main content

Reconstructing the origins of animal multicellularity using experimental evolution

Article Category

Article available in the folowing languages:

Badanie dostarcza nowych informacji o powstaniu organizmów wielokomórkowych

Powstanie organizmów wielokomórkowych było przełomem ewolucyjnym, ale mogło przebiegać w inny sposób niż do tej pory uważano. Nowe dowody wskazują, że zaawansowane mechanizmy genetyczne potrzebne do stworzenia bardziej złożonych form życia mogły istnieć w kilku organizmach jednokomórkowych, zanim pojawiły się pierwsze zwierzęta wielokomórkowe.

Badania podstawowe

Wszystkie zwierzęta pochodzą od jednokomórkowego przodka, który żył miliony lat temu. Jak doszło do spektakularnego przejścia z prostych, jednokomórkowej organizmów do wielokomórkowych o większej złożoności? To jedno z najważniejszych pytań dotyczących ewolucji. Naukowcy dopiero zaczynają zbierać kluczowe informacje na temat tego, jak to się stało. Rekonstrukcja wydarzeń, które miały miejsce w bardzo odległej przeszłości, to niełatwe zadanie. Jednokomórkowy przodek wszystkich zwierząt wyginął. „Z niedawnych badań filogenetycznych wynika, że wiciowce kołnierzykowe choanoflagellaty, filastereany i ichthiosporeany należą do najbliższych żyjących jednokomórkowych krewnych zwierząt, tak samo jak szympansy są najbliższymi krewnymi ludzi w królestwie zwierząt”, zauważa Omaya Dudin, koordynator projektu MULTICELLEXPEVO finansowanego ze środków UE i wspieranego z działania „Maria Skłodowska-Curie”.

Fascynujące, ale zapomniane organizmy

Uczony otrzymał grant Ambizione od Swiss National Research Foundation, który umożliwił mu uruchomienie własnego laboratorium na Politechnice Federalnej w Lozannie (EPFL) w Szwajcarii. Naukowiec skupił się na badaniu ichthiosporeanów, ponieważ uważał je za słabo zbadane. Wśród holozoanów ta grupa jednokomórkowych eukariotów jako jedyna tworzy koenocyty w trakcie swojego cyklu życia. Koenocyt jest komórką, która przechodzi wiele cyklów podziałów jądrowych bez cytokinezy. W rosnącej komórce S. arctica, która początkowo ma jedno jądro, może powstać 128 jąder w tej samej cytoplazmie, zanim dojdzie do celularyzacji. Ichtiosporeany wyróżniają się tym, że ich kultury można łatwo zsynchronizować, co oznacza, że naukowcy mogą wyhodować komórki o tym samym stadium wzrostu. „Pierwsze pytanie, które przyszło mi do głowy jako biologowi z wiedzą o dynamice cytoszkieletu, brzmi: jak duża komórka wielojądrowa prowadzi do powstawania setek komórek jednojądrowych?”, dodaje Dudin.

Piękne sieci aktynowe okryte tajemnicą

Naukowiec wykorzystał obrazowanie żywych i utrwalonych komórek oraz inhibitory w celu zbadania i zlokalizowania białek wewnątrz komórki. Skupił się na Sphaeroforma arctica (S. arctica), ichtiosporeanach, które wydają się bardziej odporne i jednorodne niż inne gatunki. Zespół wykazał, że celularyzacja S. arctica zależy od sieci aktynowych i miozynowych, które generują skurcze wewnątrz komórek. Jądro pojedynczej komórki dzieli się wielokrotnie, tworząc spolaryzowaną warstwę nabłonkową, z której następnie powstaje wiele komórek, ponieważ na błonie dochodzi do skoordynowanych inwaginacji. Tworzenie się sieci aktynowej na powierzchni koenocytów zajmuje około dziewięciu godzin. Przy pomocy kompleksów Arp2/3, formin i miozyny II, które okazały się niezbędne w procesie celularyzacji, sieć przechodzi przejściowy etap wielokomórkowy. „Regulowanie tych białek jest złożonym osiągnięciem rozwojowym dla organizmu jednokomórkowego. Co istotne, proces celularyzacji pozwala na tworzenie samoorganizującej się warstwy klonów”, wyjaśnia Dudin. „Dzięki analizom małego RNA i mikroRNA powiązaliśmy proces celularyzacji z jednoczesną ekspresją genów odpowiedzialnych za przyleganie komórek, dzięki której powstają białka takie jak integryny i kateniny. Białka te mogą odgrywać ważną rolę w rozwoju zwierząt i organizacji przestrzennej komórek zwierzęcych”. Konsekwencje tego odkrycia są znaczące i zmieniają nasze nastawienie do rozwoju zwierząt. „Jeśli tak jest, to możliwe, że struktura podobna do nabłonka, która występuje w organizmach jednokomórkowych, była obecna przed ewolucją zwierząt. Odnosząc tę sytuację do pytania o jajko i kurę, mogłoby to oznaczać, że jajko było pierwsze – mechanizmy rozwojowe organizacji przestrzennej i różnicowania komórek występowały w pewnej formie już u jednokomórkowego przodka wszystkich zwierząt”, podsumowuje Dudin.

Słowa kluczowe

MULTICELLEXPEVO, jednokomórkowy, wielokomórkowy, ichtiosporean, celularyzacja, aktyna, Sphaeroforma arctica

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania