Причиной появления первых многоклеточных мог быть голод

Клетки дрожжей объединяются в кластеры для более эффективного использования ресурсов среды; как утверждают учёные, именно такой механизм мог привести миллионы лет назад к появлению многоклеточных организмов.

Как утверждают учёные из Гарвардского университета (США), им удалось воссоздать процесс образования многоклеточных организмов, который, возможно, происходил миллионы и миллионы лет назад. Моделью для исследователей послужили сверхпопулярные среди биологов обычные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae.

В эксперименте дрожжи помещались в среду, в которую в качестве источника пищи добавлялась сахароза - обычный столовый сахар. Хитрость заключалась в том, что саму по себе сахарозу дрожжи утилизировать не могут, её молекулы не проходят через каналы в мембране дрожжевых клеток. Но сахароза представляет собой дисахарид, состоящий их молекул простых сахаров: фруктозы и глюкозы. Обе могут поглощаться дрожжами, для этого у дрожжей есть специальный фермент - инвертаза, разрезающий сахарозу на фруктозу и глюкозу.

Грибы выделяют этот фермент в среду, инвертаза расщепляет сахарозу на удобоваримые компоненты, и тут перед дрожжами встаёт другая проблема: как достать образовавшиеся глюкозу и фруктозу? И та, и другая - относительно мелкие молекулы, они диффундируют, куда хотят. Конечно, можно положиться на ту же диффузию, но, как подсчитали исследователи, это будет крайне неэффективно: лишь одна из 100 образовавшихся молекул моносахаридов может быть поймана и использована клеткой. Это позволит единичной клетке как-то протянуть и не умереть от голода, но ни о каком росте и делении и речи идти не может.

Однако, объединившись вместе, несколько дрожжевых клеток вполне могут поднять локальную концентрацию пищевых сахаров до нормального уровня. Исследователи проверили своё предположение на двух штаммах дрожжей, опубликовав полученные данные в сетевом журнале PLoS ONE. Действительно, те клетки, которые имели склонность "слипаться" друг с другом, оказались более приспособлены к сложившимся условиям и успешно росли и размножались, в отличие от дрожжей-одиночек.

Такой же механизм появления недифференцированных сообществ одноклеточных организмов мог сработать миллионы лет назад и привести в конечном счёте к появлению многоклеточных организмов. Клетки первых "протомногоклеточных" вместе могли более эффективно использовать ресурсы окружающей среды, пока что не особо задумываясь над разделением функций и т. д.

Впрочем, как говорят сами авторы работы, это лишь более-менее достоверная гипотеза - пока у нас в руках не окажется машины времени, чтобы слетать на миллиард лет назад и посмотреть, как оно было на самом деле...

Подготовлено по материалам PhysOrg.