Ett av vetenskapens stora pussel har varit utvecklingen av encelliga organismer till den otroligt stora variationen av flora och fauna som vi ser idag. Hur gjorde jorden övergången från en ursprungligen livlös klippkula till en befolkning endast av encelliga organismer till en värld som vrimlar av mer komplexa liv?
Som forskare förstår det började encelliga organismer först utvecklas till mer komplexa former för mer än 500 miljoner år sedan, då de började bilda flercelliga kluster. Det som inte förstås är bara hur processen hände. Men nu är biologer ännu ett steg närmare att räkna ut detta pussel genom att framgångsrikt replikera detta viktiga steg - med hjälp av en ingrediens som är vanlig i tillverkningen av bröd och öl - vanligt bryggerjäst (Saccharomyces cerevisiae). Samtidigt som det hjälper till att lösa evolutionära gåtor här på jorden, har det också i förlängningen att ha betydelse för frågan om biologisk utveckling på andra planeter eller månar också.
Resultaten publicerades i förra veckans utgåva av Journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Jäst är en mikroskopisk form av svampar; de är unicellulära men kan bli multicellulära genom bildandet av en sträng av anslutna spirande celler, som i formar. Experimenten baserades på detta faktum och var förvånansvärt enkla, de hade bara inte gjorts förut, enligt Will Ratcliff, en forskare vid University of Minnesota (UMN) och en medförfattare till tidningen. "Jag tror inte att någon någonsin har provat det förut," sade han och tilllade: "Det finns inte många forskare som gör experimentell evolution, och de försöker svara på frågor om evolution, inte återskapa den."
Sam Scheiner, programdirektör i NSFs avdelning för miljöbiologi, tillägger också: ”För att förstå varför världen är full av växter och djur, inklusive människor, måste vi veta hur encelliga organismer gjorde övergången till att leva som en grupp, som multicelliga organismer. Denna studie är den första som experimentellt observerade den övergången och gav en titt på en händelse som ägde rum för hundratals miljoner år sedan. "
Man trodde att steget mot multicellulär komplexitet var svårt, ett evolutionärt hinder som skulle vara mycket svårt att övervinna. Den nya forskningen tyder dock på att det kanske inte är så svårt.
Det tog det första experimentet bara 60 dagar för att ge resultat. Jästen tillsattes först till en näringsrik kultur, sedan fick cellerna växa under en dag. De stratifierades sedan efter vikt med hjälp av en centrifug. Kluster av jästceller landade på botten av provrören. Processen upprepades sedan och tog cellklusterna och tillsatte dem till färska kulturer. Efter sextio cykler av detta började cellklusterna att se ut som sfäriska snöflingor, sammansatta av hundratals celler.
Den mest betydande upptäckten var att cellerna inte bara klusterade och fästes slumpmässigt samman; klusterna bestod av celler som var genetiskt relaterade till varandra och förblev fästa efter celldelning. När kluster nådde "kritisk massa" dog vissa celler, en process som kallas apoptos, vilket gör att avkommorna kan separera.
Det här är helt enkelt processen mot multicellulärt liv. Som beskrivits av Ratcliff, "En kluster ensam är inte multicellulär. Men när celler i ett kluster samarbetar, offrar för allmänt bästa och anpassar sig till förändring, det är en evolutionär övergång till multicellularitet. "
Så nästa gång du bakar bröd eller brygger ditt eget öl, kan du tänka på det faktum att de låga jästcellerna har mycket större betydelse än bara en användbar roll i ditt kök - de hjälper också till att lösa några av de största mysterierna om hur livet började, både här och kanske någon annanstans.
