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我为人人,人人为我,或者,多细胞细胞是怎样的呢?

当人们想到生物学时,“大”通常会出现在脑海中:大象、鲸鱼、红杉。然而,仔细观察就会发现,绝大多数生物实际上都是单细胞的:比如细菌、古细菌以及无数的藻类和真菌。但是一个细胞需要什么才能实现飞跃,成为比自身更伟大的多细胞生物的一部分呢?当我们研究生活在单细胞和多细胞之间的生物时,事情变得有趣了。

满足dictyostelium.,含有可作为单细胞amoebae和多细胞聚集体的物质的真核生物属。生活史D. Discoideum.是该属的最佳学习的物种,说明了生活在多细胞结构中的挑战。“Dicty”的细胞可以过度地生活,捕食细菌并愉快地乘以。但通常是独奏操作的代码有时会发现自己在营养不良的环境中,此时他们让他们呼吁以小分子,环状腺苷一磷酸(营地)的形式进行帮助。附近的Dicty细胞,感受到这一绝望的哭泣 - “营地!caaaaamp!“- 将迁移到信号震中,形成一个大的多细胞聚集体,迷人称为asl.该SLUG迁移到一个新位置,其中某些幸运细胞在“果实体”内形成生殖孢子,其由由显着unluck细胞组成的无菌秸秆支撑。孢子被释放到环境中,希望达到更丰富的营养丰富的位置。但这些细胞如何在自己的身份中决定,以孢子传播的形式在生存和繁殖中获得另一个射击?由于细胞不是遗传相同的,因此它们的进化兴趣发生冲突 - 以及含有最有利的遗传变异性的配件,是产生孢子(1)的可能性。

在一段时间内,这些细胞作为一个单一的合作单位工作,尽管是一个“缓慢”的单位:它们的运动具有协调性和目的性,彼此紧紧地粘在一起。然而,这些基因上不同的细胞之间的竞争很快就出现了,这给成为一个善意多细胞生物 - 我们会回到如何避免这种竞争。目前,我们可以转向更具体的形式的多纤维生命,以便更轻松地阐明真正多细胞的东西......

一组相关的生物体是绿藻谱系的成员,这是Volvocaceae。欧宝logo在这个谱系中,多种细节度是进化术语最近的发展,不同物种表现出不同的“阶段”。衣藻物种代表祖先,单细胞形式的血统,而个体潘多琳娜物种有16个细胞和属的细胞团藻有成千上万的人。因此,多细胞产生的机制可以通过比较其不同成员来追溯。欧宝logo与它们的单细胞表亲相比,团藻在他们的演变期间,重新训练基因以对多细胞寿命进行所需的功能。此外,它们具有从单一基因产生的扩展“基因家庭”,每个“家庭成员”现在正在进行与组织多细胞体(2)相关的不同功能。因此,单细胞生物通常已经拥有用于多细胞寿命的某些工具。对其基因组的变化相对较小,它们能够进入更复杂的形式。

动物基因组已经被用来与它们的近亲进行比较,这些近亲表现出兼性(选择性)多细胞,包括但不限于前面提到的黏菌(如黏菌)和绿藻(如团藻科)。这些研究表明,早期阶段的关键球员收购多细胞生物的基因参与了胞质分裂(细胞分裂期间的物理分离细胞)和基因编码细胞外基质(ECM)的组件的集合中发现的蛋白质细胞提供结构和功能之间的空间多细胞生物的凝聚力)。因此,在动物和植物中,几乎可以肯定的是克隆细胞(单个细胞连续分裂产生的子细胞,(3)这克服了我们在异质细胞聚集的情况下观察到的“竞争”因素,如Dicty的情况。单细胞“瓶颈”以受精卵的形式施加在每一代动物和植物上,确保了流线型的遗传和进化目标,减少了单个生物体细胞之间的竞争。

多细胞性的获得常常迅速地导致不同的、合作的细胞类型之间的劳动分工。生物体不再需要暂时改变其表型以满足环境变化的需求,因为它们为不同的细胞类型分配了不同的功能。比如,最著名的团藻物种,V. Carteri.,有两种细胞类型:躯体和生殖。具有进化时间,生物往往产生更多越来越多的专业细胞类型,这又彼此更加依赖。因此,劳动分工使得生物体难以恢复为祖先的单细胞的“多任务”形式,而是通过相互依存的细胞(3)导致越来越复杂的多细胞生命形态。

然而,最近有人争论说,驱动多细胞进化的不仅仅是细胞的变化。有人认为(4)上述ECM本身实际上并不是简单的多细胞进化的结果,而是它的存在积极促进了多细胞进化。ECM作为一个动态控制结构,允许组织细胞外空间,协调日益复杂的生物体的细胞间过程。这挑战了多细胞进化中以细胞为中心的教条,因为不仅仅是细胞,它们的周围环境也必须经历变化,以适应多细胞的生活方式。ECM的特点是占据了大部分的体积V. Carteri.- 没有其ECM的物种会是什么?

基因的一致性、对(额外的)细胞环境的适应、合作和功能的专门化可能开始解释为什么一个细胞能够成为一个比它自身更大的有机体的一部分。不管这些原理被理解得多好(还有很长的路要走),当相对简单的单细胞形成多细胞生命形式的一部分时,它们所能形成的复杂结构永远不会停止宏伟。

参考

  1. 研究结果表明,Dictyostelium Dictyostelium disideum中存在嵌合现象。动物行为学与进化。2011;23(3):262-273。
  2. Herron M.多细胞复杂性的起源:Volvox和Volvocine藻类。分子生态学。2016; 25(6):1213-1223。
  3. Brunet T,N王N.动物多细胞和细胞分化的起源。发育细胞。2017; 43(2):124-140。
  4. Bich L,Pradeu T,Moreau J.了解多晶粒:细胞间空间的功能组织。生理学的前沿。2019; 10。

关于作者:亚历山德拉·比西亚在爱丁堡大学研究发育、再生和干细胞。目前,她正在牛津大学染色体和发育生物学维康信托基金项目攻读博士学位。她正在利兹·罗伯逊教授的实验室里进行小鼠滋养细胞干细胞的研究。
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