كان أحد أكبر الألغاز في العلم هو تطور الكائنات وحيدة الخلية إلى مجموعة متنوعة لا تصدق من النباتات والحيوانات التي نراها اليوم. كيف تمكنت الأرض من الانتقال من كرة صخرية هامدة في البداية إلى كرة مأهولة فقط بكائنات وحيدة الخلية إلى عالم يعج بحياة أكثر تعقيدًا؟
كما يفهمها العلماء ، بدأت الكائنات وحيدة الخلية تتطور لأول مرة إلى أشكال أكثر تعقيدًا منذ أكثر من 500 مليون سنة ، حيث بدأت في تكوين مجموعات متعددة الخلايا. ما هو غير مفهوم هو فقط كيف حدثت هذه العملية. لكن الآن ، علماء الأحياء هم خطوة أخرى أقرب إلى اكتشاف هذا اللغز ، من خلال تكرار هذه الخطوة الرئيسية بنجاح - استخدام مكوِّن شائع في صنع الخبز والبيرة - خميرة البيرة العادية (خميرة الخميرة). بينما يساعد في حل الألغاز التطورية هنا على الأرض ، فإنه أيضًا له تأثير على مسألة التطور البيولوجي على الكواكب أو الأقمار الأخرى أيضًا.
ونشرت النتائج في عدد الاسبوع الماضي منوقائع المجلة للأكاديمية الوطنية للعلوم(PNAS).
الخمائر هي شكل مجهري من الفطريات. فهي أحادية الخلية ولكن يمكن أن تصبح متعددة الخلايا من خلال تكوين سلسلة من الخلايا الناشئة المتصلة ، كما هو الحال في القوالب. استندت التجارب إلى هذه الحقيقة ، وكانت بسيطة بشكل مدهش ، لم يتم إجراؤها من قبل ، وفقًا لويل راتكليف ، العالم في جامعة مينيسوتا (UMN) والمؤلف المشارك في البحث. قال: 'لا أعتقد أن أي شخص قد جربه من قبل' ، مضيفًا: 'لا يوجد الكثير من العلماء يجرون تطورًا تجريبيًا ، ويحاولون الإجابة عن أسئلة حول التطور ، وليس إعادة إنشائه'.
يضيف سام شاينر ، مدير البرنامج في قسم البيولوجيا البيئية في مؤسسة العلوم الوطنية ، أيضًا: 'لفهم سبب امتلاء العالم بالنباتات والحيوانات ، بما في ذلك البشر ، نحتاج إلى معرفة كيف قامت الكائنات وحيدة الخلية بالتحول إلى العيش كمجموعة ، مثل كائنات متعددة الخلايا. هذه الدراسة هي الأولى من نوعها التي لاحظت بشكل تجريبي هذا الانتقال ، حيث قدمت نظرة على حدث وقع منذ مئات الملايين من السنين '.
كان يُعتقد أن الخطوة نحو التعقيد متعدد الخلايا كانت صعبة ، وعقبة تطورية من الصعب جدًا التغلب عليها. ومع ذلك ، يشير البحث الجديد إلى أنه قد لا يكون بهذه الصعوبة على الإطلاق.
استغرقت التجربة الأولى 60 يومًا فقط للحصول على نتائج. تمت إضافة الخميرة لأول مرة إلى مزرعة غنية بالمغذيات ، ثم تم السماح للخلايا بالنمو ليوم واحد. ثم تم تقسيمهم إلى طبقات حسب الوزن باستخدام جهاز طرد مركزي. حطت مجموعات من خلايا الخميرة على قاع أنابيب الاختبار. ثم تكررت العملية ، مع أخذ عناقيد الخلايا وإعادة إضافتها إلى مزارع جديدة. بعد ستين دورة من هذا ، بدأت مجموعات الخلايا تبدو وكأنها رقاقات ثلجية كروية ، تتكون من مئات الخلايا.
كان الاكتشاف الأكثر أهمية هو أن الخلايا لم تكن مجرد تجمُّع وتلتصق ببعضها البعض بشكل عشوائي ؛ كانت المجموعات مكونة من خلايا مرتبطة ببعضها البعض وراثيًا وظلت مرتبطة بعد انقسام الخلية. عندما وصلت العناقيد إلى 'الكتلة الحرجة' ، ماتت بعض الخلايا ، وهي عملية تُعرف باسم موت الخلايا المبرمج ، والتي تسمح للنسل بالانفصال.
هذه إذن ، ببساطة ، هي العملية نحو الحياة متعددة الخلايا. كما وصفه راتكليف ، 'الكتلة وحدها ليست متعددة الخلايا. ولكن عندما تتعاون الخلايا في الكتلة ، وتقدم التضحيات من أجل الصالح العام ، وتتكيف مع التغيير ، فهذا تحول تطوري إلى تعدد الخلايا '.
لذلك في المرة القادمة التي تخبز فيها الخبز أو تختمر البيرة الخاصة بك ، ضع في اعتبارك حقيقة أن خلايا الخميرة الصغيرة هذه لها أهمية أكبر بكثير من مجرد دور مفيد في مطبخك - فهي تساعد أيضًا في حل بعض أكبر الألغاز المتعلقة بكيفية الحياة بدأت هنا وربما في مكان آخر.