كانت واحدة من الألغاز العظيمة في العلم هي تطور الكائنات وحيدة الخلية إلى مجموعة واسعة للغاية من النباتات والحيوانات التي نراها اليوم. كيف قامت الأرض بالانتقال من كرة صخرية لا حياة فيها في البداية إلى كرة مأهولة فقط بالكائنات أحادية الخلية إلى عالم يعج بحياة أكثر تعقيدًا؟
كما يفهمها العلماء ، بدأت الكائنات أحادية الخلية تتطور لأول مرة إلى أشكال أكثر تعقيدًا منذ أكثر من 500 مليون سنة ، حيث بدأت في تكوين مجموعات متعددة الخلايا. ما لم يتم فهمه هو كيف حدثت هذه العملية. لكن الآن ، أصبح علماء الأحياء أقرب خطوة أخرى لمعرفة هذا اللغز ، من خلال تكرار هذه الخطوة الرئيسية بنجاح - باستخدام مكون شائع في صنع الخبز والبيرة - خميرة بروير العادية (الخميرة الخبازية). بينما يساعد في حل الألغاز التطورية هنا على الأرض ، فإنه أيضًا يؤثر على مسألة التطور البيولوجي على الكواكب أو الأقمار الأخرى أيضًا.
تم نشر النتائج في عدد الأسبوع الماضي من وقائع مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS).
الخمائر هي شكل مجهري من الفطريات. فهي أحادية الخلية ولكنها يمكن أن تصبح متعددة الخلايا من خلال تشكيل سلسلة من الخلايا الناشئة في مهدها ، كما هو الحال في القوالب. استندت التجارب إلى هذه الحقيقة ، وكانت بسيطة بشكل مدهش ، لم يتم إجراؤها من قبل ، وفقًا لما قاله ويل راتكليف ، وهو عالم في جامعة مينيسوتا (UMN) ومؤلف مشارك في البحث. وقال: "لا أعتقد أن أي شخص جربها من قبل" ، مضيفًا: "لا يوجد العديد من العلماء يقومون بتطور تجريبي ، وهم يحاولون الإجابة عن أسئلة حول التطور ، وليس إعادة إنشائه".
يضيف سام شاينر ، مدير البرنامج في قسم علم الأحياء البيئية في NSF: "لفهم سبب امتلاء العالم بالنباتات والحيوانات ، بما في ذلك البشر ، نحتاج إلى معرفة كيف تحولت الكائنات ذات الخلية الواحدة إلى العيش كمجموعة ، كما كائنات متعددة الخلايا. هذه الدراسة هي الأولى التي تراقب هذا الانتقال تجريبياً ، وتقدم نظرة على حدث وقع منذ مئات الملايين من السنين ".
كان يعتقد أن الخطوة نحو التعقيد متعدد الخلايا كانت صعبة ، وهي عقبة تطورية سيكون من الصعب التغلب عليها. ومع ذلك ، يشير البحث الجديد إلى أنه قد لا يكون بهذه الصعوبة بعد كل شيء.
استغرق الأمر التجربة الأولى 60 يومًا فقط لتحقيق نتائج. تمت إضافة الخميرة لأول مرة إلى ثقافة غنية بالمغذيات ، ثم سمح للخلايا بالنمو لمدة يوم واحد. ثم تم تقسيمها حسب الوزن باستخدام جهاز طرد مركزي. حطت مجموعات من خلايا الخميرة في قاع أنابيب الاختبار. ثم تم تكرار العملية ، مع أخذ مجموعات الخلايا وإعادة إضافتها إلى الثقافات الجديدة. بعد ستين دورة من ذلك ، بدأت مجموعات الخلايا تبدو مثل رقائق الثلج الكروية ، التي تتكون من مئات الخلايا.
كانت النتيجة الأكثر أهمية أن الخلايا لم تكن مجرد تجمع وتماسك بشكل عشوائي ؛ كانت العناقيد مكونة من خلايا مرتبطة وراثيا ببعضها البعض وتظل مرتبطة بعد انقسام الخلية. عندما وصلت العناقيد إلى "الكتلة الحرجة" ، ماتت بعض الخلايا ، وهي عملية تعرف باسم موت الخلايا المبرمج ، والتي تسمح للنسل بالانفصال.
هذا ببساطة ، هو عملية نحو حياة متعددة الخلايا. كما وصفه راتكليف ، "الكتلة وحدها ليست متعددة الخلايا. ولكن عندما تتعاون الخلايا في الكتلة ، تقدم التضحيات من أجل الصالح العام ، والتكيف مع التغيير ، فهذا انتقال تطوري إلى التعدد الخلوي ".
لذا في المرة القادمة التي تقوم فيها بخبز الخبز أو تخمير البيرة الخاصة بك ، ضع في اعتبارك حقيقة أن خلايا الخميرة الصغيرة هذه لها أهمية أكبر بكثير من مجرد دور مفيد في مطبخك - فهي تساعد أيضًا في حل بعض أكبر الألغاز حول كيفية الحياة بدأت هنا وربما في مكان آخر.
