تطور

وقعت الحياة متعددة الخلايا 25 مرة

عندما تعرضت الطحالب الخضراء أحادية الخلية Chlamydomonas إلى المفترس الصغير Paramecium ، أضافت الطحالب بسرعة الخلايا. حظي الشكل الجديد متعدد الخلايا بحوالي 2.5 مرة فرصة للنجاة من هجوم المفترس أكثر من الشكل القديم أحادي الخلية.

© بويد وآخرون

بعض خلايا الطحالب تتشبث ببعضها البعض في كرة مدمجة - حتى تنهار. تطفو الأجزاء بعيدًا ويبدأ كل منها في تكوين كرات أكبر جديدة.

طورت الطحالب أحادية الخلية في الأصل شكلاً بدائيًا من الحياة متعددة الخلايا. لكن تلك القفزة التطورية الكبرى لم تدم ملايين السنين. تم ذلك في 350 يومًا - في مختبر أمريكي.

تمكن الباحثون وراء هذه التجربة عام 2017 من الحصول على طحالب خضراء وحيدة الخلية لتصبح متعددة الخلايا عن طريق تعريضها لمفترس جشع: أهداب أحادية الخلية تعيش على الطحالب أو الطحالب.

بفضل وجود الأهداب ، فإن الطحالب التي تتجمع معًا كانت لها بسهولة ضعف فرص البقاء على قيد الحياة مقارنة بأقاربها الوحيدين.

عندما تعرضت الطحالب الخضراء أحادية الخلية Chlamydomonas إلى المفترس الصغير Paramecium ، أضافت الطحالب بسرعة الخلايا. حظي الشكل الجديد متعدد الخلايا بحوالي 2.5 مرة فرصة للنجاة من هجوم المفترس أكثر من الشكل القديم أحادي الخلية.

© بويد وآخرون

يعد الانتقال إلى متعدد الخلايا أحد أهم الأحداث في تاريخ الحياة ، ويبدو أن هذا الانتقال أصبح الآن سهلاً بشكل مدهش.

تظهر الحفريات والحمض النووي أن الحياة على الأرض اتخذت هذه الخطوة 25 مرة على الأقل ، وربما أكثر من ذلك بكثير. وهو الآن يدق علينا لماذا الكائنات الحية وحيدة الخلية يمكن أن تعمل معا بشكل جيد.

الخلوية المتعددة لا تزال غير موجودة

تقريبا كل أشكال الحياة الحالية متعددة الخلايا. هذا ينطبق عليك ، والزهور في إناء ، والشحرور أمام النافذة والفطر في الغابة. بعض الكائنات متعددة الخلايا بسيطة للغاية - فهي تتكون من خلايا تشكل مستعمرة دائمة.

الآخرين ، مثل نفسك ، هي أكثر تقدما. السمة هي أن الخلايا الجرثومية يمكن أن تنتج ذرية مكتملة. الخلايا الفردية أيضًا متخصصة بدرجة عالية ، على الرغم من أن كل خلية تحتوي على نفس الحمض النووي تمامًا.

التخصص يعني أن الخلايا تتطور لأداء مهام محددة ، مثل الخلايا العصبية التي تنقل الإشارات الكهربائية من خلال الكائن الحي ، وبما أن الخلايا المناعية تحميك من الأمراض. غالبًا ما تحتوي النباتات الموجودة على الأرض والفطريات متعددة الخلايا على 10 إلى 20 نوعًا من الخلايا ، بينما يمكن أن تحتوي الحيوانات ، بما في ذلك البشر ، على 200 نوع.

لقد درس الباحثون التنوع الهائل للكائنات الحية متعددة الخلايا اليوم واكتشفوا أنهم تطوروا كل الخلايا.

توفر الخلوية المتعددة للكائنات بعض المزايا الواضحة. يمكنهم التحرك بكفاءة وإيجاد بيئة جيدة للصيد ، ويمكنهم الفرار. ومع ذلك ، لم تكن موجودة دائما متعدد الخلايا والباحثون لا يعرفون بالضبط متى ظهرت أول كائن متعدد الخلايا.

تشير بعض الاكتشافات إلى وجود إصدارات بسيطة من 2 إلى 3 مليارات سنة. من المحتمل أن تكون هذه الخلايا مكونة من خلايا متعاونة فضفاضة ، تشبه إلى حد بعيد كريات الطحالب أكثر من الحيوانات والنباتات والفطريات.

أول حياة متعددة الخلايا أكثر تطورا ربما شهدت ضوء اليوم 750 حتي 660 مليون سنة. في ذلك الوقت ، كانت أشكال الحياة أحادية الخلية قد حكمت الأرض لأكثر من 3 مليارات سنة.

يشير الانتظار الطويل إلى أن التبديل كان صعبًا ، لكن هذا الاستنتاج لا يتوافق مع الأدلة الأخرى.

كانت الكائنات الأولى متعددة الخلايا بسيطة للغاية. هذه هي فكرة ديكينسونيا البالغة من العمر 560 مليون عام.

© ماساهيرو مياساكا

قام الباحثون بدراسة شاملة للتنوع الهائل للكائنات متعددة الخلايا على أرضنا واكتشفوا أنهم طوروا خلاياهم المتعددة بشكل مستقل عن بعضهم البعض. تطورت النباتات والحيوانات والفطريات من ثلاثة أنواع من الأسلاف أحادية الخلية.

ومع الطحالب الحمراء والخضراء والبنية والحصوية ، نشأت تعدد الخلايا خمس مرات على الأقل. يمكن إرجاع حياة اليوم متعددة الخلايا إلى ما لا يقل عن 25 من الأسلاف أحادية الخلية - وربما أكثر من 50.

الآن يتساءل العلماء لماذا لم يبدأ هذا الانفجار الهائل للحياة متعددة الخلايا إلا بعد 3 مليارات سنة.

شجرة الحياة

تُظهر جينات الكائنات متعددة الخلايا أن العديد منها قد طور خلاياها الخاصة ، بشكل مستقل عن بعضها البعض.

الطحالب منفصلة عن بعضها البعض

نشأت النباتات والطحالب - الطحالب متعددة الخلايا - من عدد من الطحالب المختلفة أحادية الخلية ، والعديد من هذه الطحالب لم تكن مرتبطة بشكل وثيق.

محاولات متعددة الخلايا: ≥ 9.

القالب وعاء

تم اعتبار الفطريات الوحل ، الفطريات الفطرية الحقيقية والكائنات الحية الأخرى الفطريات. الآن نعلم أنهم يأتون من سلائف مختلفة أحادية الخلية.

محاولات متعددة الخلايا: ≥ 6.

الحيوانات خطر القفز

من المحتمل أن تنبع الحيوانات - من أبسط أسماك القناديل إلى أكبر الحيتان - من كائن حي واحد طور تعدد الخلايا منذ حوالي 800 مليون سنة.

محاولات متعددة الخلايا: ≥1.

تشكل الخلايا مستعمرة بسيطة

طور البروتستانت - وهي كلمة قديمة لجميع الكائنات الحية التي ليست نباتات أو حيوانات أو بكتيريا أو فطريات - مرارًا وتكرارًا مجموعة متعددة الخلايا البسيطة ، مثل المستعمرات على شكل ريش.

محاولات متعددة الخلايا: ≥ 5.

البكتيريا تجعل الزهور

غالبًا ما تكون البكتيريا والبكتيريا البدائية (archaea) عبارة عن خلايا وحيدة ، ولكن بعضها ، مثل البكتيريا الفطرية ، يمكن أن تشكل بنى زهرة يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

محاولات متعددة الخلايا: ≥ 4.

كونكورد يجعل السلطة

كان محتوى الأكسجين في الأرض أقل بكثير في أول 3 إلى 4 مليارات سنة مما هو عليه اليوم. لقد ارتفع فقط قبل 850 مليون سنة - قبل وقت قصير من بدء الحياة متعددة الخلايا.

بسبب هذا التقاء الظروف ، يعتقد بعض العلماء أن محتوى الأكسجين المنخفض يتداخل مع الحياة متعددة الخلايا.

ومع ذلك ، يعتقد عالم الحفريات البريطاني نيكولاس باترفيلد أن الكائنات المتعددة الخلايا قد تجاوزت نقص الأكسجين عن طريق ضخ المياه على سطح يمتص الأكسجين - تمامًا كما تفعل الأسماك مع الخياشيم.

يقترح باترفيلد أن الحياة المتقدمة متعددة الخلايا قد تأخرت لأن الخلايا لم يكن لديها القدرة التنسيقية بعد.

في الكائنات الحية مثلنا ، تضمن هذه القدرة أن كل خلية تنتج البروتينات الصحيحة في الوقت المناسب.

هذا يسمح لخلايانا بأداء مهام مختلفة ، على الرغم من أنها تمتلك الحمض النووي نفسه ، لم تعد تنقسم عندما لم تعد بحاجة للنمو ، والبعض الآخر ينتحر لتأمين بقاء المجموعة بأكملها.

فيديو: هكذا تقسم خلاياك العمل

إذا كان من الصعب تحقيق تنسيق أفضل ، فإننا نفهم أن تعدد الخلايا لم يحدث - ولكن ليس لماذا نشأت فجأة في أكثر الكائنات الحية تنوعًا.

لذلك قد لا يكون هذا التبديل بهذه الصعوبة على الإطلاق ، طالما أن الدافع التطوري الصحيح موجود. ميزة كبيرة من multicellularity هو أنه يوفر الحماية ضد الحيوانات المفترسة.

لكن أول 3 مليارات سنة من الحياة كانت حيوانات مفترسة صغيرة وبدائية - لذلك لم يكن بالضرورة أن تصبح متعددة الخلايا. قبل 800 مليون سنة ، ظهر مفترس أكثر تقدماً ، حيث تمسك العديد من الكائنات الأخرى بعضها ببعض كدفاع عن النفس.

بدأت الحيوانات المفترسة المبكرة ، مثل Anomalocaris التي يبلغ عمرها 530 مليون عام ، في تطوير الكائنات الحية متعددة الخلايا بشكل جيد.

© Jose Jose Canete

ربما تكون عالمة الأحياء الأمريكية نيكول كينج قد عفا عليها الزمن ، وأصبحت العديد من المجموعات متعددة الخلايا بهذه السرعة.

من خلال التحقيق في ما يسمى بجلود طوق مفردة الخلية ، اكتشف فريق كينغز أن الكائنات ذات الخلية المفردة يمكن أن يكون لها أشكال مختلفة من الجينات التي تعد أساسية لذواتنا المتعددة الخلايا: الجينات التي تبقي خلايانا معًا أو تتواصل أو تقتل نفسها بسبب أمراض مثل السرطان التي تهدد المجموعة.

الكائنات الوحيدة التي تستخدم خلية واحدة تستخدم تلك الجينات في مهام أخرى ، مثل التقاط الغذاء أو مراقبة البيئة ؛ ومع ذلك ، ليست هناك حاجة إلى الكثير لتغيير وظيفة هذه الجينات.

مصنوعة خلايا للعمل معا

بفضل عدد من البروتينات ، جسمنا كامل وخلايانا تعمل معًا. لكن سوط الياقات الصغيرة تظهر أن البروتينات يمكن أن توجد أيضًا في كائنات وحيدة الخلية. وهنا يخدمون غرضًا مختلفًا جدًا.

1. فخ البكتيريا تبقي الخلايا معا

تحتوى جلود الياقة على كادرين (بقع ضوئية) ، مما يساعدهم على التقاط البكتيريا ومع ذلك ، في أجسامنا ، يربط الكادرين الخلايا معًا حتى لا ينهار.

2. الخلايا الحساسة تلقي إشارات

للكشف عن الجزيئات في المياه المحيطة بها ، تستخدم أذرع الياقات ما يسمى بمستقبلات التيروزين كيناز (الأخضر الفاتح). في البشر ، تضمن هذه المستقبلات أن خلايانا يمكنها استقبال إشارات - مثل الهرمونات - من خلايا أخرى.

3. أداة إصلاح يمنع السرطان

يعمل البروتين p53 (الفيروز) على إصلاح الحمض النووي التالف (الأحمر) في الأشخاص وتوابل الجلد. ومعنا ، يتسبب هذا البروتين في انتحار الخلايا إذا تعذر إصلاح الحمض النووي. هذا يمنع الخلايا التالفة من التطور إلى ورم.

وبالتالي ، فإن الكائنات الفردية وحيدة الخلية لديها كل شيء لتصبح متعددة الخلايا ، وبالتالي فإن الخلايا المتعددة كانت دائمًا قادرة على الظهور.

منذ أن أخذ أسلافنا الغرق ، تم تعديل جيناتنا على مدى ملايين السنين ، مما يعني أنه من غير المرجح أن تنسق أجسامنا الآن أيًا من خلاياها البالغ عددها 37 تريليون خلية. ومع ذلك ، فقد اكتشفنا أيضًا أننا نعود أحيانًا إلى مرحلة الخلية الواحدة.

يفسر الانتكاس السرطان

اكتشف علماء أستراليون بقيادة عالم الأحياء ديفيد جود في عام 2017 كيف أن نشاط عدد من الجينات في الخلايا السرطانية ينحرف عما هو طبيعي.

اكتشف جود أن الجينات التي تغيرت على الأقل منذ أن أصبحنا خلايا متعددة نشطة للغاية في الخلايا السرطانية. على العكس ، فإن الجينات الأكثر تطوراً غير نشطة في الخلايا السرطانية.

لذلك ينشأ السرطان حالما تحطم الطفرات الآليات التي تسمح بالتنسيق الخلوي وتحفز الآليات الأنانية التي يحتاجها الكائن أحادي الخلية.

تنقسم الخلايا السرطانية بشكل لا يمكن السيطرة عليه وتدمر الأنسجة السليمة في بيئتها.

© Shutterstock

السرطان هو الانخفاض من الخلايا المتعددة الخلايا إلى الخلية الواحدة ، والخلايا المتكاثرة تقدم نفسها كطفيليات وحيدة الخلية تهاجم أجسامنا.

يمكن أن تنتشر أشكال نادرة من السرطان ، مثل ساركوما اللاصق ، التي تحدث في الكلاب ، حتى من خلال الاتصال الجنسي ، مثل السيلان والبكتيريا الأخرى.

في السنوات الأخيرة ، تعلم الباحثون الكثير حول انتقال أسلافنا من خلية واحدة إلى خلايا متعددة.

ولا يمكن لاكتشافاتهم أن تخبرنا شيئًا عن الماضي فحسب ، بل توضح أيضًا كيف يمكن للخلايا أن تعود إلى خلية واحدة. هذا يمهد الطريق لعلاجات جديدة للسرطان.

فيديو: تحدي ميك اب الحصان الخيالي الجيد ضد الميك اب السئ 8 افكار ميك اب مذهلة للحصان الخيالي (شهر نوفمبر 2019).

المشاركات الشعبية

فئة تطور, المقالة القادمة

تاريخ الواقي الذكري: من الأمعاء إلى سهوب العشب
جنس

تاريخ الواقي الذكري: من الأمعاء إلى سهوب العشب

الواقي الذكري حوالي 12000 قبل الميلاد: قذيفة - وضع رجال الكهف قذيفة حول قضيبهم - © Wikimedia Commons أول دليل على استخدام الواقي الذكري يأتي من عصور ما قبل التاريخ ويمكن الإعجاب به في كهف مظلم ورطب في فرنسا. تصور لوحة كهفية في Grotte des Combarelles التي يبلغ طولها 300 متر في آكيتين رجلاً فخوراً له غلاف حول أعضائه التناسلية.
إقرأ المزيد
ثلاث أساطير حول فيروس نقص المناعة البشرية
جنس

ثلاث أساطير حول فيروس نقص المناعة البشرية

إن ممارسة الجنس دون وقاية مع شخص مصاب بفيروس نقص المناعة البشرية أمر محفوف بالمخاطر دائمًا وليس صحيحًا: الأدوية التي يصاب بها مرضى فيروس العوز المناعي البشري لمحاربة الفيروس بشكل فعال بحيث لا يمكنهم إصابة الآخرين. هذا هو الاستنتاج الذي توصلت إليه دراسة أوروبية كبرى منذ عام 2016 ، حيث تمت متابعة 888 من الأزواج ، أحدهم مصاب بفيروس نقص المناعة البشرية ، على مدار عدة سنوات.
إقرأ المزيد
رذاذ الأنف هو الفياجرا الجديد
جنس

رذاذ الأنف هو الفياجرا الجديد

في يوم من عام 2012 ، رجل العائلة البالغ من العمر 32 عامًا السيد ب إلى عيادة الطبيب النفسي كاي ماكدونالد في جامعة كاليفورنيا. سيد ب يعاني من القلق الاجتماعي ولا يكاد يكون له أي روابط اجتماعية في العمل وفي الحياة الخاصة. لقد قرأ الطبيب النفسي للتو الاختبارات التي أجريت على هرمون الأوكسيتوسين ، الذي يؤدي إلى إنتاج الحليب والولادة.
إقرأ المزيد
10 حقائق صعبة عن الانتصاب
جنس

10 حقائق صعبة عن الانتصاب

1. هناك أنواع مختلفة من الانتصاب © Photo by Tamara Budai on Unsplash يميز العلماء بين الانتصاب الاختياري وغير الطوعي. الانتصاب الطوعي هو استجابة للمنبهات الجنسية. يمكن أن يشمل ذلك الأصوات والصور والأوهام أو اللمسات. يحدث الانتصاب غير الطوعي تلقائيًا دون سبب جنسي.
إقرأ المزيد