Результаты исследований объяснили причину того, почему многоклеточные организмы не распадаются

Исследователи установили, что многоклеточные организмы не распадаются из-за того, что все клетки, из которых они состоят, являются родственными, и у них нет смысла конкурировать между собой. 

Биологи давно занимаются поиском ответа на вопрос: как возникла многоклеточность? Сейчас это воспринимается, как нечто обычное и все мы способны видеть положительные стороны такого явления. Но, если задуматься, каждой клетке приходится жертвовать собой ради появления новой многоклеточной колонии. Каждая клетка, объединяясь в многоклеточный организм, была равноценной по сравнению с другими и ученым интересно понять, что же заставляет их приносить в жертву собственные гены?

Ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) решили исследовать данный вопрос с другой стороны. В качестве «подопытного кролика» они взяли слизняка Dictyostelium discoideum. Целью исследования стал вопрос: что влияет на продолжительность жизни этой амебы? Диктиостелиум есть и в Антарктике, и в пустынях, и на кронах деревьев, и в умеренных почвах. Этот организм представляет собой одиночные клетки, которые передвигаются в поисках бактерий для пищи. Если клетки не в состоянии найти еду, они начинают выделять характерные химические сигналы, сзывая другие клетки в одно места и объединяясь в некого слизняка, длинной в несколько миллиметров. В этом виде колония объединенных клеток перемещается к свету и теплу и в подходящем месте образовывает плодовое тело. В этом процессе 20% клеток образуют стебелек, и на ее вершине оставшиеся клетки образовывают споры. Клетки, которые образовали споры, получают возможность выжить за счет клеток в стебельке.

Исследование, проведенное в конце 1990-х годов, показало, что некоторые клетки диктиостелиума начинают хитрить: они стараются выскользнуть из зоны образования плодовой ножки (стебелька) и попасть в зону формирования спор, чтобы выжить. Но эта хитрость оказывает и негативное влияние. Клетка рискует лишиться связи с колонией и остаться одной. Эксперименты показали, что колонии, сформированные родственными амебами из разных поколений, клетки прибегают к обману намного чаще, чем родительские. Ученые Вашингтонского университета Дэвид Келлер и Джоан Штрассман длительное время проводили исследование по выращиванию таких амеб. В процессе они отсаживали дочерние клетки от родительских. В итоге оказалось, что клетки, принадлежащие десятому поколению, уже совсем не могли работать в команде. Такие клетки никогда не образовывали плодоножку, а всегда пытались выживать самостоятельно.

На самом деле, такое происходит крайне редко. Ученые утверждают, что среди 2000 диких колоний не нашлось ни одной такой, клетки которой начинали бы хитрить. Отметим, что те амебы, которые образовывают плодоножку, всегда были родственными, а то и клонами. Тогда ученые решились на следующее исследование. Они создали абсолютно естественные для существования диктиостелиума условия, где амеба в богатом бактериями месте начинает делиться между собой, создавая колонию. В процессе роста колонии, все ее элементы конкурируют только с собой. Таким образом, все попытки схитрить приносят вред. В итоге, не было ни одной линии клеток, которая бы лишилась способности формировать плодовое тело. 

Статья, напечатанная в журнале Scince, содержит мнение ученых о том, что верхним порогом такой колонии является сотое поколение. Таким образом, в течение ста поколений мутации, которые направлены против многоклеточности, имеют возможность накапливаться в колонии, при этом не нарушая способность формировать плодоножку. Отсутствие отбора в пользу хитрых клеток объясняется тем, что в колонии отсутствуют представители других родов и все клетки являются потомками материнской. Так, клетки работают заодно и им не с кем конкурировать. 

После всех экспериментов был сделан вывод, что многоклеточность поддерживает свое существование из-за генетического родства. Объясняя на примере, можно сказать, что клеткам печени нет смысла конкурировать со сперматозоидами или яйцеклетками, поскольку все они принадлежат одному роду.  Если бы человеческий организм образовался вследствие соединения нескольких оплодотворенных яйцеклеток с разными генами, то нашему виду грозил распад. Что касается вопроса о накоплении мутаций против многоклеточности, то их уничтожение происходит на уровне образования одной клетки. То есть, если спора или яйцеклетка имеет много подобных мутаций, то организм, который образуется из нее, попросту не даст потомства, таким образом, канет в небытие эволюции.