قارچ پرورش‌یافته در آزمایشگاه در مدت چند سال ۲۰ هزار برابر بزرگ‌تر شد
موجودی تک‌سلولی که در سال ۲۰۱۸ با چشم غیرمسلح مشاهده‌کردنی نبود، اکنون به جانوری چندسلولی به اندازه‌ی یک کَک تبدیل شده است. مطالعه‌ای در دست انجام روی مخمر آب‌جو با نام علمی ساکارومایسس سرویزیه که به خوشه‌ای با عنوان مخمر برف‌دانه جهش یافته است، نشان می‌دهد که پس از هزاران نسل انتخاب دقیق چه اتفاقی می‌تواند برای موجودات تک‌سلولی میکروسکوپی بیفتد.
به‌گزارش ساینس‌آلرت، محققان مؤسسه‌ی فناوری جورجیا پس از انتخاب بزرگ‌ترین و سریع‌ترین خوشه‌های مخمر از بین پنج جمعیت نسل در نسل، ارگانیسمی را پرورش دادند که حاوی بیش از نیم‌میلیون سلول شبیه‌سازی‌شده بود؛ یعنی ۲۰ هزار برابر بزرگ‌تر از اجدادش. یافته‌های پژوهشگران نمونه‌ای بی‌نظیر از تکامل چندسلولی پایدار به‌شمار می‌رود.
ویلیام رتکلیف، زیست‌شناس تکاملی از مؤسسه‌ی فناوری جورجیا می‌گوید:
با شناخت دقیق مقیاس تکامل ارگانیسم تک‌سلولی، می‌توانیم بفهمیم که آن‌ها چگونه به موجودات چندسلولی پیچیده‌تر و یکپارچه‌تر تکامل یافته‌اند. همچنین، می‌توانیم این فرایند تکامل را در طول مسیر مطالعه کنیم.
شواهد موجود نشان می‌دهد که زندگی روی کره‌ی زمین با موجودات تک‌سلولی تقریباً ۳٫۵ میلیارد سال پیش آغاز شده است. بااین‌حال، اطلاعات بسیار کمی از چگونگی تکامل سلول‌های جدا‌شده وجود دارد. این سلول‌ها که همگی ظاهر و رفتار مشابهی داشتند، درحدود ۲ تا ۳ میلیارد سال پیش به اَشکال حیات چندسلولی با بافت‌های تخصصی تکامل یافتند که می‌توانند به‌طور هماهنگ فعالیت کنند.
آزمایش‌های فعلی روی مخمر دانه‌برف به محققان کمک می‌کنند تا داستان آن تکامل را بازگو کنند. مطالعه‌ی اخیر آزمایش تکامل بلندمدت چندسلولی (MuLTEE) نام دارد و محققان امیدوارند که آن را برای چندین دهه اجرا کنند. اولین یافته‌ی مهم در این زمینه پس از ۳ هزار نسل تکامل به‌دست آمده است.
به‌گفته‌ی محققان، در گذشته جمعیت مخمرهای منفرد از مواد «ضعیف‌تر از ژلاتین» به موادی «با استحکام و سختی چوب» تبدیل شده‌اند. اوزان بوزداگ، زیست‌شناس تکاملی در این زمینه می‌گوید:
«ما کشف کردیم که سازوکار فیزیکی کاملاً جدیدی وجود دارد که به گروه‌ها اجازه می‌دهد تا به این اندازه‌ی بسیار بزرگ رشد کنند.
در مرحله‌ی اول، سلول‌های مخمر در آزمایش‌ها شاخه‌های بزرگ‌تری ایجاد کردند که تراکم کلی ارگانیسم را کاهش داد. سپس، این شاخه‌های بزرگ درهم پیچیده شدند و خوشه‌ای را تشکیل دادند که غلظت آن به ژل‌های مدرن امروزی شباهت داشت. درنهایت، این ساختار جدید ارگانیسم را ۱۰ هزار برابر سخت‌تر از اجداد سلولی‌اش کرد.
بوزداگ می‌گوید:
شاخه‌های مخمر درهم پیچیده‌شده بودند. سلول‌های خوشه‌ای رفتاری انگورمانند داشتند و با پیچیدن به دور یکدیگر، کل ساختار را تقویت می‌کردند.
یکی دیگر از یافته‌های مهم آزمایش، نقش اکسیژن در تعیین محدودیت‌هایی برای پیشرفت تکاملی بود. در سال‌های ابتدایی پیدایش زمین، کره‌ی خاکی ما با مشکل کمبود اکسیژن مواجه بود تا آنکه نوع خاصی از باکتری‌ها چند‌میلیارد سال پیش که اَشکال حیات چندسلولی ظاهراً از بین رفته بود، حیات را در اتمسفر احیا کردند.
- اتمسفر زمین چگونه تنفس پذیر شد؟3 خرداد 02مطالعه '12
- انسان‌ها برای دنیاگیری ناشی از عفونت‌های قارچی آماده نیستند29 مرداد 01مطالعه '12
تکامل مخمرهای برف‌دانه در آزمایشگاه از این ایده پشتیبانی می‌کند که اکسیژن محدودیتی مهم برای نخستین اَشکال حیات چندسلولی روی زمین محسوب می‌شده است. در آزمایش‌ها مشخص شد تنها گروهی از مخمرها که برای تولید انرژی به اکسیژن متکی نبودند، می‌توانستند چنین تکامل بزرگی پیدا کنند.
علاوه‌براین، آن دسته از خوشه‌های مخمری که به اکسیژن نیاز داشتند، مجبور شدند منابع را بین تمام سلول‌های خود تقسیم کنند که این موضوع هزینه‌ای اضافی برای بزرگ‌ترشدن آن‌ها ایجاد می‌کرد. دانشمندان بر این باورند که یافته‌های اخیر بر نقش حیاتی اکسیژن در تکامل اندازه‌ی چندسلولی‌ها تأکید می‌کند.
رتکلیف با اشاره به هیجان خود از داشتن جانداری مدل می‌گوید:
ما در این مدل می‌توانیم زندگی چندسلولی اولیه را در طول هزاران نسل تکامل دهیم و از قدرت شگفت‌انگیز علم مدرن استفاده کنیم. دراصل، می‌توانیم هرآنچه در حال وقوع است، درک کنیم؛ از زیست‌شناسی سلولی تکاملی گرفته تا ویژگی‌های بیوفیزیکی که مستقیماً انتخاب می‌شوند.
تماشای اینکه در سال‌های آینده چه اتفاقی برای این مخمر می‌افتد بسیار جذاب خواهد بود. این مطالعه در نشریه‌ی نیچر منتشر شده است.