酵母菌团或将揭开多细胞生物的奥秘酵母菌是多细胞 _小知识

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一项新实验将酵母菌群进化成包含40万以上细胞的团簇，与较小的细胞团簇相比是一次重大跨越。当这些酵母菌团簇受到挤压后，它们会分化成成群的分支细胞，如图所示。图源：OZAN BOZDAG
一项耗时多年的实验让酵母菌团簇变得更大、更坚固，为科学家理解地球上早期复杂生命形成过程提供了线索。
撰文：MICHAEL GRESHKO
走到户外，无论你到哪里，都会有一大群多细胞生物迎面而来，从蘑菇到树木，从鱼类到海藻，不一而足。但是，对于地球上35亿多年前的许多生命而言，我们如今在植物、动物、藻类、真菌中所看到的复杂性却并不存在。
生命，究竟是如何从单细胞演化成为如今查尔斯·达尔文所说的“无穷形式的极美”的呢？细胞最初是如何聚到一起，学会协作，产生出包含几百万、几十亿甚至几万亿个细胞的器官的呢？
科学家至今仍不清楚这一转化是如何发生的，但多亏了酵母菌这种平凡的菌类，他们可能距离揭开谜底更近了一步。美国佐治亚理工学院的研究人员在一项新实验中观察到酵母菌群的演化过程，每群酵母菌都变成了含几十万个细胞的团簇（同类中最大的），这使得科学家得以对复杂多细胞结构的可能起源开展研究。
这项新研究成果已投稿至《自然》期刊，并已在线公布预印版。该研究产生了几毫米宽的酵母细胞团块，每个团块含有大约45万个细胞，团块尺寸是同类中最大的。在该过程中，酵母也从比明胶软一百倍变成了像木头一样硬，而这是酵母进化出巨大、纠缠的细胞网络所导致的。该论文的合著者、佐治亚理工学院的进化生物学者Will Ratcliff称：“一切都是惊喜。这是我们迄今写出的最酷的论文。”

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实验所用的原始酵母菌团簇（左图）很小，足以悬浮在液体中。但经过600天的演化后，研究人员观察到了大得多的团簇构造（右图）。图源：OZAN BOZDAG AND WILLIAM C. RATCLIFF
酵母菌的巨大转化凸显了自然选择塑造生命的力量。由于这项实验预计将持续数年，未来研究这些酵母群后代的科学家可能会发现形成更复杂生物类型的关键因素。
一个细胞，两个细胞，喂养细胞，培养细胞.
纵观整个进化史，由几百个细胞组成的球状或片状的简单多细胞生物出现得相当频繁，比如绿藻类的团藻（Volvox）能形成像球一样的中空的种群。但复杂的多细胞生物在生命之树上却只出现过6次：植物、动物，两组真菌和两组藻类。
佐治亚理工学院培养的酵母并不具备这种水平的复杂度，因为每团酵母只包含一种酵母细胞，而非构成复杂生命体的多种类型的组织。但是，这个实验室模型可以代表早期的多细胞生物，它们只是想弄清如何将许多细胞聚集在一起而不散开，这有助于揭示这些进化飞跃背后的基本规则。
在实验室中尝试模拟进化，已有100多年的历史。其中最著名的实验来自20世纪80年代美国密歇根州立大学的生物学家Richard Lenski 。他的实验观测了大肠杆菌演化了6万多代。期间，一些大肠杆菌已经获得了在氧气环境中吃下柠檬酸盐的能力，而野生环境中的大肠杆菌却从来不会这样。
受Richard Lenski启发，Ratcliff用了十年功夫用酵母菌探究多细胞体的起源。2012年，他宣布在一个“雪花”酵母菌的突变株中有了一些可喜的发现。在这个突变株中，发育期的子代细胞并不会轻易与亲代细胞分离，因而形成了树枝状的小簇细胞，这种酵母菌也因而得名“雪花” 。然而，当这些小簇积累到几百个细胞时，它们变得很笨重，便会一分为二。
正如雪花酵母菌一样，生命有多种途径演化出简单的多细胞生物。但是，多细胞体起源方面的专家、美国哈佛大学古生物学家Andy Knoll认为，真正的问题在于，如何形成细胞数量达到数十万甚至更多的稳定的细胞簇。让如此多的细胞聚在一起，是复杂多细胞生命演化过程中的关键一步，因此，Ratcliff尝试了多种方式来培育更大的酵母菌簇。
试管中的自然选择
为了能在实验室中顺利演化，Ratcliff及其同事让酵母菌生长在不停摇晃的培养箱里，使其混合、运动。每天，研究人员都会从一支试管中随机抽取十分之一的酵母菌液体，将其注入新的试管。之后，他们将这个较小样本中的酵母菌簇放在试管底部静置5分钟。酵母菌簇越大，就沉淀得越快。

酵母菌团或将揭开多细胞生物的奥秘 酵母菌是多细胞

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