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从单细胞到多细胞,小菜一碟?

时间:2018年01月13日 20:30   浏览:214   来源:赤峰职业技术学院


从单细胞到多细胞,小菜一碟?

大科技 13小时前

地球上的生命最早是以单细胞的形式出现的,后来才进化出多细胞生物。最早的单细胞生物出现在大约 35 亿年前,而多细胞生物出现的时间则要晚得多,最新的研究表明,最早可能出现于大约 21 亿年前。这就是说,从单细胞进化到多细胞,大自然用了差不多 14 亿年的时间。

科学家至今还不清楚单细胞生物是如何进化成多细胞生物的,这个问题是继生命起源之后的第二大谜。想来,这个过程应该是挺不容易的。但是,最近的一项实验却让人大吃一惊,美国科学家在实验室里,用短短 2 个月时间就让单细胞生物进化到了多细胞生物,走完了大自然 14 亿年的历程。

实验室里模拟进化

科学家用的材料是普通的啤酒酵母菌,这是一种单细胞生物。他们的方法很简单:首先在试管里培养酵母菌,然后把试管放在离心机上对酵母菌进行分离;你不妨试想一下,假如试管里装的是泥砂,那么颗粒愈大的砂子在离心作用下愈先沉淀到试管底部;同样道理,那些由几个酵母菌抱成团的细胞集团,也会最先沉淀到试管底部;取出这些酵母菌团,用另一只试管加以培养,然后又放回离心机上分离,第二次分离出的酵母菌团比原先的就会大些,比如第一次分离出的酵母菌团大概只含 2 个酵母菌细胞,而第二次大概就含 3 个细胞了……不断重复这个过程,60 天,也就是差不多 350 代之后,试管里出现了一团像雪花一样的东西,——这是一个由许多酵母菌细胞组成的多细胞集团。

但尤其重要的是,这个多细胞集团并非是由单个酵母菌细胞简单聚在一起的集合体;这些细胞我离不开你,你离不开我,已经具有了密切的联系。

又经过了几百代的选择," 雪花团 " 里的细胞开始显示出具有初步的分工。当 " 雪花团 " 长到一定的尺寸,里面就开始孕育出一个新的细胞团,这个新细胞团逐渐长大,大到一定程度,原来 " 雪花团 " 外围的一些细胞就自动死亡,造成一个缺口,而新细胞团就通过这个缺口分离出去。这说明,这个酵母菌的多细胞集团已经具有了繁殖的功能,这是多细胞集团整体作为一个独立生命的最重要的特征之一。

此外,既然死亡对单个细胞是不利的,而有些细胞却甘愿死亡,这也是细胞之间为了 " 集体 " 的利益而进行合作的最明显的例子,同时也是多细胞集团作为作为一个独立生命的另一个标志。

解开了生物学上的第二大谜?

在上述过程中,离心作用在进化上就相当于外界施加给酵母菌的 " 自然选择 "。

科学家为了排除偶然性的干扰,同时进行了 10 组试验,最后每一组都进化出了这样具有独立生命特征的多细胞集团。

此外为了比较,他们还给某些组设置了不同的离心速度,这在进化上就相当于给予这些酵母菌不同的自然选择条件。他们发现,条件的不同并没有改变最后的结论,只是最后具有独立生命的多细胞集团个头大小有差别而已。

这个实验结果让进化生物学家大吃一惊。原来生物从单细胞进化到多细胞竟如此容易,所谓生物学上的第二大谜恐怕也不成其为谜了。

也有科学家提出批评,他们认为这个实验选用的材料不合适。酵母菌虽然现在是单细胞生物,但在进化史上曾一度也形成过多细胞生物,后来又退化了回去;就好比一群农民,原先也曾组织过人民公社,后来公社解散,又各干各的了。不过虽然已经退化,单个酵母菌毕竟已经具有了形成多细胞生物的潜质或者经验,比如懂得在适当的时候如何与别的细胞合作等等。所以在实验中,它们形成多细胞生物也不算特别奇怪。但考虑到多细胞生物形成之初,那是有史以来的第一次尝试,那些参与的单细胞从来没有过任何合作的经验,它们最后形成多细胞生物的过程肯定要比酵母菌形成多细胞生物要困难得多。所以,这个实验似乎说明不了什么问题。

主持这项实验的科学家对此批评的应对是,他们下一步将选择一种从有史以来一直是单细胞的生物来重复上面的实验,看看它们是否也会进化出具有生命特征的多细胞集合体。

生命最初从单细胞进化到多细胞,真的有那么容易吗?我们还要拭目以待。

本文源自大科技〈科学之谜〉 杂志文章 欢迎您关注大科技公众号:hdkj1997


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地球上的生命最早是以单细胞的形式出现的,后来才进化出多细胞生物。最早的单细胞生物出现在大约 35 亿年前,而多细胞生物出现的时间则要晚得多,最新的研究表明,最早可能出现于大约 21 亿年前。这就是说,从单细胞进化到多细胞,大自然用了差不多 14 亿年的时间。

科学家至今还不清楚单细胞生物是如何进化成多细胞生物的,这个问题是继生命起源之后的第二大谜。想来,这个过程应该是挺不容易的。但是,最近的一项实验却让人大吃一惊,美国科学家在实验室里,用短短 2 个月时间就让单细胞生物进化到了多细胞生物,走完了大自然 14 亿年的历程。

实验室里模拟进化

科学家用的材料是普通的啤酒酵母菌,这是一种单细胞生物。他们的方法很简单:首先在试管里培养酵母菌,然后把试管放在离心机上对酵母菌进行分离;你不妨试想一下,假如试管里装的是泥砂,那么颗粒愈大的砂子在离心作用下愈先沉淀到试管底部;同样道理,那些由几个酵母菌抱成团的细胞集团,也会最先沉淀到试管底部;取出这些酵母菌团,用另一只试管加以培养,然后又放回离心机上分离,第二次分离出的酵母菌团比原先的就会大些,比如第一次分离出的酵母菌团大概只含 2 个酵母菌细胞,而第二次大概就含 3 个细胞了……不断重复这个过程,60 天,也就是差不多 350 代之后,试管里出现了一团像雪花一样的东西,——这是一个由许多酵母菌细胞组成的多细胞集团。

但尤其重要的是,这个多细胞集团并非是由单个酵母菌细胞简单聚在一起的集合体;这些细胞我离不开你,你离不开我,已经具有了密切的联系。

又经过了几百代的选择," 雪花团 " 里的细胞开始显示出具有初步的分工。当 " 雪花团 " 长到一定的尺寸,里面就开始孕育出一个新的细胞团,这个新细胞团逐渐长大,大到一定程度,原来 " 雪花团 " 外围的一些细胞就自动死亡,造成一个缺口,而新细胞团就通过这个缺口分离出去。这说明,这个酵母菌的多细胞集团已经具有了繁殖的功能,这是多细胞集团整体作为一个独立生命的最重要的特征之一。

此外,既然死亡对单个细胞是不利的,而有些细胞却甘愿死亡,这也是细胞之间为了 " 集体 " 的利益而进行合作的最明显的例子,同时也是多细胞集团作为作为一个独立生命的另一个标志。

解开了生物学上的第二大谜?

在上述过程中,离心作用在进化上就相当于外界施加给酵母菌的 " 自然选择 "。

科学家为了排除偶然性的干扰,同时进行了 10 组试验,最后每一组都进化出了这样具有独立生命特征的多细胞集团。

此外为了比较,他们还给某些组设置了不同的离心速度,这在进化上就相当于给予这些酵母菌不同的自然选择条件。他们发现,条件的不同并没有改变最后的结论,只是最后具有独立生命的多细胞集团个头大小有差别而已。

这个实验结果让进化生物学家大吃一惊。原来生物从单细胞进化到多细胞竟如此容易,所谓生物学上的第二大谜恐怕也不成其为谜了。

也有科学家提出批评,他们认为这个实验选用的材料不合适。酵母菌虽然现在是单细胞生物,但在进化史上曾一度也形成过多细胞生物,后来又退化了回去;就好比一群农民,原先也曾组织过人民公社,后来公社解散,又各干各的了。不过虽然已经退化,单个酵母菌毕竟已经具有了形成多细胞生物的潜质或者经验,比如懂得在适当的时候如何与别的细胞合作等等。所以在实验中,它们形成多细胞生物也不算特别奇怪。但考虑到多细胞生物形成之初,那是有史以来的第一次尝试,那些参与的单细胞从来没有过任何合作的经验,它们最后形成多细胞生物的过程肯定要比酵母菌形成多细胞生物要困难得多。所以,这个实验似乎说明不了什么问题。

主持这项实验的科学家对此批评的应对是,他们下一步将选择一种从有史以来一直是单细胞的生物来重复上面的实验,看看它们是否也会进化出具有生命特征的多细胞集合体。

生命最初从单细胞进化到多细胞,真的有那么容易吗?我们还要拭目以待。

本文源自大科技〈科学之谜〉 杂志文章 欢迎您关注大科技公众号:hdkj1997


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