Eines der großen Rätsel in der Wissenschaft war die Entwicklung einzelliger Organismen zu einer unglaublich großen Vielfalt an Flora und Fauna, die wir heute sehen. Wie hat die Erde den Übergang von einem anfangs leblosen Felsball zu einem nur von einzelligen Organismen bevölkerten zu einer Welt voller komplexerer Leben geschafft?
Nach dem Verständnis der Wissenschaftler entwickelten sich einzellige Organismen vor mehr als 500 Millionen Jahren zu komplexeren Formen, als sie mehrzellige Cluster bildeten. Was nicht verstanden wird, ist nur, wie dieser Prozess passiert ist. Aber jetzt sind Biologen einen weiteren Schritt näher gekommen, um dieses Rätsel zu lösen, indem sie diesen Schlüsselschritt erfolgreich wiederholen - unter Verwendung einer Zutat, die bei der Herstellung von Brot und Bier üblich ist - gewöhnliche Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae). Während es dabei hilft, evolutionäre Rätsel hier auf der Erde zu lösen, hat es auch Auswirkungen auf die Frage der biologischen Evolution auf anderen Planeten oder Monden.
Die Ergebnisse wurden in der letzten Ausgabe der Journal Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS).
Hefen sind eine mikroskopische Form von Pilzen; Sie sind einzellig, können aber durch die Bildung einer Reihe verbundener knospender Zellen, wie in Schimmelpilzen, mehrzellig werden. Die Experimente basierten auf dieser Tatsache und waren überraschend einfach. Laut Will Ratcliff, Wissenschaftler an der University of Minnesota (UMN) und Mitautor des Papiers, waren sie zuvor noch nie durchgeführt worden. "Ich glaube nicht, dass es jemals jemand zuvor versucht hat", sagte er und fügte hinzu: "Es gibt nicht viele Wissenschaftler, die experimentelle Evolution betreiben, und sie versuchen, Fragen zur Evolution zu beantworten, nicht sie neu zu erstellen."
Sam Scheiner, Programmdirektor in der Abteilung für Umweltbiologie von NSF, fügt hinzu: „Um zu verstehen, warum die Welt voller Pflanzen und Tiere, einschließlich Menschen, ist, müssen wir wissen, wie einzellige Organismen den Wechsel zum Leben als Gruppe vollzogen haben mehrzellige Organismen. Diese Studie ist die erste, die diesen Übergang experimentell beobachtet und einen Blick auf ein Ereignis bietet, das vor Hunderten von Millionen von Jahren stattgefunden hat. “
Es wurde angenommen, dass der Schritt in Richtung mehrzelliger Komplexität schwierig war, eine evolutionäre Hürde, die sehr schwer zu überwinden wäre. Die neue Forschung legt jedoch nahe, dass es vielleicht doch nicht so schwierig ist.
Das erste Experiment dauerte nur 60 Tage, um Ergebnisse zu erzielen. Die Hefe wurde zuerst zu einer nährstoffreichen Kultur gegeben, dann ließ man die Zellen einen Tag lang wachsen. Sie wurden dann unter Verwendung einer Zentrifuge nach Gewicht geschichtet. Cluster von Hefezellen landeten auf dem Boden der Reagenzgläser. Der Prozess wurde dann wiederholt, wobei die Zellcluster genommen und erneut zu frischen Kulturen gegeben wurden. Nach sechzig Zyklen begannen die Zellcluster wie kugelförmige Schneeflocken aus Hunderten von Zellen auszusehen.
Der wichtigste Befund war, dass sich die Zellen nicht nur zufällig zusammenballten und zusammenklebten; Die Cluster bestanden aus Zellen, die genetisch miteinander verwandt waren und nach der Zellteilung gebunden blieben. Als die Cluster die „kritische Masse“ erreichten, starben einige Zellen ab, ein Prozess, der als Apoptose bekannt ist und es den Nachkommen ermöglicht, sich zu trennen.
Einfach ausgedrückt ist dies der Prozess zum mehrzelligen Leben. Wie von Ratcliff beschrieben, ist „ein Cluster allein nicht mehrzellig. Aber wenn Zellen in einem Cluster zusammenarbeiten, Opfer für das Gemeinwohl bringen und sich an Veränderungen anpassen, ist dies ein evolutionärer Übergang zur Mehrzelligkeit. "
Wenn Sie also das nächste Mal Brot backen oder Ihr eigenes Bier brauen, denken Sie daran, dass diese kleinen Hefezellen viel wichtiger sind als nur eine nützliche Rolle in Ihrer Küche - sie helfen auch dabei, einige der größten Rätsel des Lebens zu lösen begann, sowohl hier als auch vielleicht anderswo.
