Ученые открыли «необычный» третий путь к многоклеточным формам жизни
Как раз в тот момент, когда учёные решили, что они почти выяснили происхождение многоклеточной жизни, эволюция подбрасывает ещё один сюрприз. В результате нового открытия группа исследователей случайно обнаружила третий тип «нетрадиционной» многоклеточности, сочетающий в себе два вида, о которых мы уже знали.
Многоклеточность развивалась ошеломляющие 45 или более раз на древе жизни. Тем не менее, по сути, предок каждой многоклеточной линии полагался только на один из двух методов: отдельные клетки склеивались вместе при разделении или отдельные клетки, которые ранее разделились, снова объединялись.
Клональная многоклеточность, при которой клетки остаются связанными, когда они делятся снова и снова, приводит к появлению организмов, столь же простых, как нитчатые цианобактерии, и столь сложных, как животные, с их специализированными тканями.
Другой вид многоклеточности, называемый агрегацией, представляет собой временное скопление свободноживущих клеток, которое происходит с устрашающе сотрудничающими слизевиками и социальными амебами, часто в ответ на суровые условия окружающей среды или хищничество.
Нурия Рос-Роше, биолог-эволюционист из Института Пастера во Франции, и ее коллеги сделали неожиданное открытие при изучении хоанофлагеллят: одноклеточных, обитающих в воде организмов, которые образуют недолговечные колонии и представляют собой ближайших живых одноклеточных родственников животных.
В частности, команда наблюдала за поведением хоанофлагелляты под названием Choanoeca flexa. Этот вид образует впечатляющие колонии, похожие на взрывающийся фейерверк, что может помочь нам лучше понять гаструляцию — критический этап эмбрионального развития.
Куда бы ни посмотрели ученые, хоанофлагелляты образовывали колонии посредством деления клеток, размножая себя для увеличения своего количества.
Поэтому не было ничего необычного, когда Рос-Роше и его коллеги увидели, что клетки делятся внутри колоний C. flexa, которые были впервые обнаружены в 2018 году в бассейнах с брызгами на скалистом побережье карибского острова Кюрасао.
Однако под микроскопом в лаборатории исследователи также заметили, что колонии C. flexa очень быстро реформировались после диссоциации под действием световых сил – слишком быстро, чтобы перейти к делению клеток.
Затем, когда исследователи использовали флуоресцентные красители для окрашивания различных типов клеток C. flexa, они смогли увидеть отдельные популяции одиночных клеток, образующие химерные кластеры с двойной меткой, что было бы невозможно, если бы они отделились от одной и той же клетки-основателя.
Сначала команда поставила под сомнение свои странные наблюдения за колониями C. flexa, потому что они казались «слишком странными», объяснил старший автор и клеточный биолог Института Пастера Тибо Брюне.
Но теперь, основываясь на результатах своих экспериментов по визуализации, команда считает, что C. flexa может объединяться в однослойные листообразные колонии, как слизевики, или развиваться клонально, как это делают животные.
«Мы обнаружили, что листы C. flexa могут формироваться посредством чисто клональных процессов, чисто агрегационных процессов или их комбинации, в зависимости от условий эксперимента», — пишет команда в препринте, размещенном на сервере препринтов bioRxiv перед рецензированием.
«В качестве независимых тестов мы также объединили клетки, окрашенные разными флуорофорами, и обнаружили, что они агрегируются в химерные колонии. Мы также показали, что многоклеточное развитие не прекращается ингибиторами клеточного цикла. Таким образом, наш страх стал открытием: C. flexa может агрегировать!», – объясняет Тибо Брюне.
«Использование обоих механизмов одновременно – механизмов, которые часто изображаются как взаимоисключающие, – вероятно, позволяет листам развиваться быстрее, чем это было бы при использовании одного механизма, действующего в одиночку», – добавляет Брюне.
Дальнейшие эксперименты показали, что многоклеточная форма C. flexa зависела от условий мелководных водоемов морской воды, в которых были обнаружены организмы.
Когда соленость этих приливных водоемов превысила критический порог, утроившись по мере испарения морской воды, колонии C. flexa диссоциировали на отдельные цистоподобные клетки, чтобы противостоять высыханию. При регидратации в лаборатории C. flexa за несколько дней образовала колонии, сначала агрегируя, а затем делясь.
«Мы думаем, что обнаружили экологически связанный жизненный цикл: циклы испарения-пополнения, вызывающие быстрые переходы в многоклеточность и из нее», — говорят ученые.
Хотя исследование еще не прошло рецензирование, и поэтому его результаты могут быть подвергнуты сомнению, открытие этого необычного смешанного способа развития «расширяет диапазон возможных сценариев возникновения многоклеточности у животных», заключает команда.