Naukowcy zaobserwowali rodzaj podziału komórek w prehistorycznym organizmie jednokomórkowym, który przypomina rozwój embrionalny obserwowany u embrionów zwierzęcych, co sugeruje, że procesy embrionalne mogły istnieć przed ewolucją zwierząt.
Chromosphaera perkeinsii to organizm jednokomórkowy zidentyfikowany po raz pierwszy w 2017 r. w osadach morskich w pobliżu Hawajów. Ślady jego istnienia sięgają ponad miliarda lat, poprzedzając pojawienie się najwcześniejszych zwierząt. Zaobserwowali to naukowcy z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE). gatunek tworzy struktury wielokomórkowe, które są uderzająco podobne do embrionów zwierzęcych.
Obserwacje te sugerują, że programy genetyczne odpowiedzialne za rozwój embrionalny istniały już przed pojawieniem się życia zwierzęcego, czy coś takiego C. perkinsii ewoluowały niezależnie, aby opracować podobne procesy. Natura dysponowałaby zatem narzędziami genetycznymi umożliwiającymi „tworzenie jaj” na długo przed „wynalezieniem kurczaków”. Badanie to zostało opublikowane w czasopiśmie Natura.
Pierwsze formy życia, które pojawiły się na Ziemi, były jednokomórkowe, tj. składały się z pojedynczej komórki, na przykład drożdże lub bakterie. Później zwierzęta – organizmy wielokomórkowe – wyewoluowały, rozwijając się z pojedynczej komórki, komórki jajowej, tworząc złożone istoty. Ten rozwój embrionalny przebiega według precyzyjnych etapów, które są niezwykle podobne u różnych gatunków zwierząt i mogą sięgać okresu na długo przed pojawieniem się zwierząt. Jednak przejście od gatunków jednokomórkowych do organizmów wielokomórkowych jest nadal bardzo słabo poznane.
Badania nad Chromosphaera perkinsii
Niedawno mianowany adiunktem na Wydziale Biochemii Wydziału Nauk UNIGE, a wcześniej pracownikiem naukowym SNSF Ambizione w EPFL, Omaya Dudin i jego zespół skupili się na Chromosphaera perkinsiiLub C. perkinsiiprzodkowy gatunek protisty. Ten jednokomórkowy organizm oddzielił się od linii ewolucyjnej zwierząt ponad miliard lat temu, oferując cenny wgląd w mechanizmy, które mogły doprowadzić do przejścia do wielokomórkowości.
Obserwując C. perkinsiinaukowcy odkryli, że komórki te po osiągnięciu maksymalnego rozmiaru dzielą się bez dalszego wzrostu, tworząc wielokomórkowe kolonie przypominające wczesne stadia rozwoju embrionalnego zwierząt. Bezprecedensowo kolonie te utrzymują się przez około jedną trzecią swojego cyklu życiowego i składają się z co najmniej dwóch różnych typów komórek, co jest zaskakującym zjawiskiem dla tego typu organizmów.
Podobieństwa z zarodkami zwierzęcymi
”Chociaż C. perkinsii jest gatunkiem jednokomórkowym, takie zachowanie pokazuje, że wielokomórkowe procesy koordynacji i różnicowania są już obecne u tego gatunku, na długo przed pojawieniem się pierwszych zwierząt na Ziemi” – wyjaśnia Omaya Dudin, która kierowała tymi badaniami.
Co jeszcze bardziej zaskakujące, sposób podziału tych komórek i przyjmowana przez nie trójwymiarowa struktura uderzająco przypomina wczesne etapy rozwoju embrionalnego u zwierząt. We współpracy z dr. Johnem Burnsem (Bigelow Laboratory for Ocean Sciences) analiza aktywności genetycznej w tych koloniach ujawniła intrygujące podobieństwa z aktywnością obserwowaną w embrionach zwierzęcych, co sugeruje, że programy genetyczne regulujące złożony rozwój wielokomórkowy istniały już ponad miliard lat temu .
Marine Olivetta, technik laboratoryjny na Wydziale Biochemii Wydziału Nauk UNIGE i pierwsza autorka badania, wyjaśnia: „To fascynujące, gatunek odkryty niedawno pozwala nam cofnąć się w czasie o ponad miliard lat”. W rzeczywistości badanie pokazuje, że albo zasada rozwoju embrionalnego istniała przed zwierzętami, albo mechanizmy rozwoju wielokomórkowego ewoluowały oddzielnie C. perkinsii.
Odkrycie to może również rzucić nowe światło na długotrwałą debatę naukową dotyczącą skamieniałości sprzed 600 milionów lat przypominających embriony i może podważyć niektóre tradycyjne koncepcje wielokomórkowości.
Odniesienie: „Wielokomórkowy program rozwoju u bliskiego krewnego zwierzęcia” Marine Olivetta, Chandni Bhickta, Nicolas Chiaruttini, John Burns i Omaya Dudin, 6 listopada 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08115-3
