في معمل في أتلانتا ، تكافح الآلاف من خلايا الخميرة للبقاء على قيد الحياة كل يوم. أولئك الذين يعيشون في يوم آخر ينمون بسرعة ، ويتكاثرون بسرعة ، ويشكلون مجموعات ضخمة. على مدار ما يقرب من عقد من الزمان ، تطورت الخلايا لتعلق بعضها فوق بعض ، لتشكل أشكالًا متفرعة من ندفة الثلج.
هذه الرقاقات الثلجية الغريبة هي مركز التجارب التي تبحث في ما كان يمكن أن يحدث منذ ملايين السنين عندما تقاربت الكائنات وحيدة الخلية لأول مرة وأصبحت متعددة الخلايا. هذه العملية ، على الرغم من أنها منهكة ، أنتجت في النهاية مخلوقات غير عادية وغريبة مثل الأخطبوط والنعام والهامستر والبشر.
على الرغم من أنه يُعتقد أن تعدد الخلايا قد تطورت 20 مرة على الأقل في تاريخ الحياة على الأرض ، فليس من الواضح كيف تنتقل خلية واحدة من خلايا متعددة تشترك في المصير. لكن في الداخل ورقة بحثية نشرت الأربعاء في مجلة نيتشر، يكشف الباحثون عن دليل لكيفية بدء الخلايا في تكوين نفسها في الجسم. وجد الفريق الذي أنتج خميرة ندفة الثلج أنه على مدى 3000 جيل ، نمت كتل الخميرة بشكل كبير بما يكفي لتراها بالعين المجردة. على طول الطريق ، تطورت من مادة ناعمة ورقيقة إلى شيء به صلابة الخشب.
بدأ ويل رادكليف ، الأستاذ في جامعة جورجيا للتكنولوجيا ، بتجربة الخميرة أثناء دراسته للدراسات العليا. لقد استوحى إلهامه من عالم الأحياء ريتشارد لينسكي وزملاؤه في جامعة ميشيغان ، الذين درسوا بكتيريا E. نمت 12 قارورة Coley لأكثر من 75000 جيل ، لتوثيق كيف تغير السكان منذ عام 1988. هل يمكن لدراسة تطورية لما يشجع الخلايا على الالتصاق ببعضها البعض أن تلقي الضوء على أصول تعددية الخلايا؟ فوجئ رادكليف.
وقال: “كل الأنساب التي نعرفها عن تعدد الخلايا اتخذت هذه الخطوة منذ مئات الملايين من السنين”. “ليس لدينا الكثير من المعلومات حول كيفية تكوين الخلايا المفردة للمجموعات.”
لذلك أجرى تجربة بسيطة. كل يوم ، كان يقوم بتدوير خلايا الخميرة في أنبوب اختبار ، وسرعان ما يلتقط تلك التي غرقت في القاع ويستخدمها لزيادة عدد الخميرة في اليوم التالي. لقد استنتج أنه إذا اختار أفرادًا ثقيلًا جدًا أو مجموعات من الخلايا ، فسيكون للخميرة حافزًا لتطوير طريقة للالتصاق ببعضها البعض.
انها عملت: في غضون 60 يومًا ، ظهرت خميرة ندفة الثلج. عندما تنقسم هذه الخمائر ، بسبب طفرة ، فإنها لا تنفصل تمامًا عن بعضها البعض. وبدلاً من ذلك ، فإنها تشكل هياكل متفرعة من خلايا متطابقة وراثيًا. أصبحت الخميرة متعددة الخلايا.
لكن رقاقات الثلج ، د. وجد رادكليف وهو يواصل تحقيقه أنه لا يبدو كبيرًا ، ولكنه مجهري بعناد. ينسب الفضل إلى أوزان بوستوك ، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعته ، في تحقيق اختراق يتعلق بالأكسجين ، أو عدم وجوده.
بالنسبة للعديد من الكائنات الحية ، يعمل الأكسجين كنوع من وقود الصواريخ. هذا يجعل من السهل الوصول إلى الطاقة المخزنة في السكريات.
دكتور. في تجربة بوستوك ، تم إعطاء بعض الخمائر الأكسجين ، وبعضها كان لديه طفرة منعتهم من استخدامه. وجد أنه خلال 600 عملية نقل ، انفجرت مستويات الخميرة الخالية من الأكسجين. تنمو رقاقات الثلج الخاصة بهم وتنمو ، وتصبح في النهاية مرئية بالعين المجردة. كشف الفحص الدقيق للتركيبات أن خلايا الخميرة كانت أطول بكثير من المعتاد. نمت الفروع متشابكة وشكلت كتلة كثيفة.
يعتقد العلماء أن الكثافة قد تفسر سبب كون الأكسجين عائقًا أمام قدرة الخميرة على النمو بشكل كبير. بالنسبة للخميرة التي يمكن أن تستخدم الأكسجين ، فإن كونها كبيرة الحجم لها عيوب كبيرة.
طالما أن رقاقات الثلج صغيرة ، تتمتع الخلايا عمومًا بفرص متساوية للوصول إلى الأكسجين. ولكن في الأوعية الكبيرة والكثيفة ، تم فصل الخلايا داخل كل مجموعة عن الأكسجين.
على النقيض من ذلك ، فإن الخميرة التي لا يمكنها استخدام الأكسجين ليس لديها ما تخسره ، لذا فهي تكبر. تشير النتائج إلى أن تغذية جميع الخلايا في الكتلة هي جزء مهم من المقايضات التي يواجهها الكائن الحي عندما يصبح متعدد الخلايا.
المجموعات المتكونة صلبة أيضًا.
قال بيتر يونغر ، الأستاذ في جامعة جورجيا للتكنولوجيا والمؤلف المشارك للورقة البحثية: “إن كمية الطاقة اللازمة لتفكيك هذه الأشياء زادت بأكثر من مليون”.
قد تكون هذه القوة خطوة أخرى في تطور تعددية الخلايا ، د. يقول رادكليف – تطوير شيء مثل الدورة الدموية. إذا كانت الخلايا الموجودة داخل ورم كبير بحاجة إلى المساعدة في الوصول إلى العناصر الغذائية ، فإن الجسم القوي بما يكفي لتوجيه تدفق السوائل أمر بالغ الأهمية.
قال الدكتور يونغر: “الأمر أشبه بإطلاق خرطوم حريق على كتلة خميرة”. إذا كانت الكتلة الخلوية ضعيفة ، فإن تدفق العناصر الغذائية يدمر كل خلية قبل أن تتمكن من تغذيتها.
يدرس الفريق الآن ما إذا كانت كتل كثيفة من خميرة ندفة الثلج يمكن أن تخلق طرقًا لأعضائها الداخليين للحصول على العناصر الغذائية. إذا فعلوا ذلك ، فقد تخبرنا هذه الخميرة الموجودة في أنابيب الاختبار الخاصة بهم في أتلانتا عما كانت عليه منذ سنوات ، عندما بدأ أسلافك والعديد من الكائنات الحية الأخرى من حولك في بناء الأجسام من الخلايا لأول مرة.
