Исследования показали, что ближайшие одноклеточные родственники животных — хоанофлагелляты — способны формировать многоклеточные структуры двумя различными способами: путем деления клеток и слияния отдельных клеток в единую группу. Ранее считалось, что эти организмы могут только клонировать себя, однако выяснилось, что в условиях стресса они активно объединяются.

Эволюция многоклеточности

Переход к многоклеточности остается одной из ключевых загадок биологии. Долгое время существовало мнение, что развитие возможно только по двум строго разделенным путям: либо одна клетка делится и остается связанной с дочерними (клонирование), либо множество независимых клеток собираются вместе (агрегация). Животные, включая человека, развиваются по первому сценарию — из одной оплодотворённой яйцеклетки. Предполагалось, что их ближайшие одноклеточные родственники, хоанофлагелляты, также следуют только этому пути.

Особенности хоанофлагеллят

Хоанофлагелляты — микроскопические водные организмы, питающиеся бактериями. Они имеют жгутик для передвижения и воротничок из ворсинок для захвата пищи. Генетически эти существа ближе всего к животным, и их изучение помогает понять, как возникли многоклеточные организмы.

Новые данные о поведении

До недавнего времени науке было известно только о клонировании у этих организмов. Например, вид Salpingoeca rosetta формирует колонии исключительно путем деления. Считалось, что два способа объединения клеток исключают друг друга. Однако открытие нового вида хоанофлагеллят побудило ученых проверить их поведение в естественных условиях.

Исследование на острове Кюрасао

Для изучения механизмов многоклеточности исследователи отправились на остров Кюрасао в Карибском море. В национальном парке Шете-Бока были обследованы многочисленные прибрежные лужи, которые периодически пересыхают и наполняются солёной водой. В этих водоемах обитает вид Choanoeca flexa.

Гибкость формирования колоний

В лабораторных условиях колонии разделяли на отдельные клетки и наблюдали за их поведением. Было установлено, что одиночные клетки не только делились, но и быстро находили друг друга, объединяясь в новые группы. Процесс слияния занимал несколько минут, а через сутки хаотичные скопления клеток превращались в упорядоченные слои, аналогичные тем, что формируются естественным путем.

Влияние окружающей среды

Эксперименты показали, что выбор стратегии зависит от условий среды. В прибрежных лужах солёность воды постоянно меняется из-за испарения. При нормальной солёности C. flexa использует оба способа формирования колоний. Когда уровень соли превышал 73 промилле, многоклеточные структуры распадались на отдельные клетки-цисты, которые покрывались защитной оболочкой и впадали в спячку для переживания засухи. После добавления воды цисты пробуждались и восстанавливали колонию, используя одновременно деление и слияние с соседями.

Роль плотности населения

Плотность клеток также влияла на выбор стратегии. При низкой концентрации (около 100 клеток на миллилитр) преобладало деление. При увеличении плотности до 100 000 клеток на миллилитр организмы переходили к агрегации. Было отмечено, что разные штаммы способны распознавать своих: клетки предпочитали объединяться с родственными, игнорируя чужие.

Эволюционные преимущества

Двойная стратегия обеспечивает C. flexa эволюционное преимущество. Клонирование надёжно, но медленно, тогда как агрегация позволяет быстро сформировать крупный организм, что повышает эффективность охоты на бактерии. В условиях, когда водоем может высохнуть за несколько дней, скорость восстановления колонии становится критически важной для выживания вида.

Новое понимание происхождения многоклеточности

Исследование показало, что граница между двумя путями развития жизни не так строга, как считалось ранее. Ближайшие родственники животных способны переключаться между клонированием и объединением в зависимости от условий. Теперь предстоит выяснить, насколько распространена эта способность и могли ли древние предки животных также собираться в группы до окончательного перехода к развитию из одной клетки.