Een van de grote puzzels in de wetenschap is de evolutie van eencellige organismen in de ongelooflijk grote verscheidenheid aan flora en fauna die we tegenwoordig zien. Hoe heeft de aarde de overgang gemaakt van een aanvankelijk levenloze rotskogel naar een bal die alleen wordt bevolkt door eencellige organismen naar een wereld vol complexer leven?
Zoals wetenschappers het begrijpen, begonnen eencellige organismen voor het eerst meer dan 500 miljoen jaar geleden te evolueren naar complexere vormen, toen ze meercellige clusters begonnen te vormen. Wat niet wordt begrepen, is precies hoe dat proces is gebeurd. Maar nu zijn biologen weer een stap dichterbij het uitzoeken van deze puzzel, door deze belangrijke stap met succes te repliceren - met een ingrediënt dat veel voorkomt bij het maken van brood en bier - gewone biergist (Saccharomyces cerevisiae). Terwijl het helpt bij het oplossen van evolutionaire raadsels hier op aarde, heeft het ook bij uitbreiding betrekking op de kwestie van biologische evolutie op andere planeten of manen.
De resultaten zijn gepubliceerd in het nummer van de afgelopen week Journal Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS).
Gisten zijn een microscopisch kleine vorm van schimmels; ze zijn unicellulair maar kunnen multicellulair worden door de vorming van een reeks verbonden ontluikende cellen, zoals in schimmels. De experimenten waren gebaseerd op dit feit en waren verrassend eenvoudig, ze waren nog nooit eerder gedaan, volgens Will Ratcliff, een wetenschapper aan de Universiteit van Minnesota (UMN) en co-auteur van de paper. "Ik denk niet dat iemand het ooit eerder heeft geprobeerd," zei hij en voegde toe: "Er zijn niet veel wetenschappers die experimentele evolutie doen, en ze proberen vragen over evolutie te beantwoorden, niet om het opnieuw te creëren."
Sam Scheiner, programmadirecteur bij NSF's Afdeling Milieubiologie, voegt hieraan toe: “Om te begrijpen waarom de wereld vol planten en dieren is, inclusief mensen, moeten we weten hoe eencellige organismen de overstap hebben gemaakt naar het leven als een groep, zoals meercellige organismen. Deze studie is de eerste die die transitie experimenteel observeert en een blik werpt op een gebeurtenis die honderden miljoenen jaren geleden plaatsvond. ”
Er werd gedacht dat de stap naar meercellige complexiteit een moeilijke was, een evolutionaire hindernis die heel moeilijk te overwinnen zou zijn. Het nieuwe onderzoek suggereert echter dat het toch niet zo moeilijk is.
Het eerste experiment duurde slechts 60 dagen om resultaten te produceren. De gist werd eerst toegevoegd aan een voedingsrijke cultuur, waarna de cellen een dag konden groeien. Vervolgens werden ze op gewicht gestratificeerd met behulp van een centrifuge. Clusters van gistcellen kwamen op de bodem van de reageerbuizen terecht. Het proces werd vervolgens herhaald, waarbij de celclusters werden genomen en opnieuw aan verse culturen werd toegevoegd. Na zestig cycli hiervan begonnen de celclusters eruit te zien als bolvormige sneeuwvlokken, samengesteld uit honderden cellen.
De belangrijkste bevinding was dat de cellen niet alleen maar clusteerden en willekeurig aan elkaar plakten; de clusters waren samengesteld uit cellen die genetisch aan elkaar verwant waren en na celdeling aan elkaar gehecht bleven. Toen clusters "kritische massa" bereikten, stierven sommige cellen, een proces dat bekend staat als apoptose, waardoor de nakomelingen kunnen scheiden.
Dit is dan, simpel gezegd, het proces naar meercellig leven. Zoals Ratcliff beschrijft: 'Een cluster alleen is niet multi-cellulair. Maar wanneer cellen in een cluster samenwerken, offers brengen voor het algemeen welzijn en zich aanpassen aan verandering, is dat een evolutionaire overgang naar multi-cellulariteit. "
Overweeg dus de volgende keer dat u brood bakt of uw eigen bier brouwt, dat die kleine gistcellen veel belangrijker zijn dan alleen een nuttige rol in uw keuken - ze helpen ook enkele van de grootste mysteries van het leven op te lossen begonnen, zowel hier als misschien elders.
