의 수십억년 전에,생명이 넘습니다. 단일 세포 시작을 함께 밴드,및 세계의 혼돈,단세포 생활은 물론으로 진화의 폭동의 형태와 기능을 다세포 생활,오늘 개미에서 배나무는 사람들. 그것은 전환으로 중대한으로 어떤 기록에서의 삶,그리고 최근까지 우리는 아무 생각이 없었는 일이 어떻게 있습니다.

단세포와 다세포 생명 사이의 만은 거의 억제 할 수없는 것처럼 보인다. 단일 세포의 존재는 간단하고 제한적입니다. 다음과 같 은자,미생물에만 관심을 스스로 먹이도 조정이나 다른 사람과의 협력이 필요하지만,일부 미생물 때때로 힘을 합쳐. 반대로,세포에서 다세포 유기체에서 네 개의 세포에서 일부는 해조류에게 37 조에서 인간,그들의 독립을 포기하는 함께 고집; 그들은 전문화 된 기능을 취하고 더 큰 이익을 위해 자신의 재생산을 축소하여 기능을 수행하는 데 필요한만큼만 성장시킵니다. 그들이 반항하면 암이 빠져 나올 수 있습니다.

다세포성은 새로운 기능을 제공합니다. 예를 들어,동물은 더 나은 서식지를 찾고,포식자를 피하고,먹이를 쫓아 내려는 이동성을 얻습니다. 식물 조사 할 수 있습니다 깊은 토양을 위한 물과 영양분을,그들도 성장할 수 있습으로 써 관광 명소 광합성을 극대화. 곰팡이는 포자를 퍼 뜨리기 위해 거대한 생식 구조를 만듭니다. 그러나 모두를 위해 다세포 활동의 혜택을 말한다 László Nagy,진화 생물학 생물학 연구의 중심은 헝가리 과학 아카데미 세게드에서,그것은 전통적으로”로 확인되었습니다 중요한 전환으로 큰 유전적 장애물이다.”

자,Nagy 와 다른 연구자들은 결국 그렇게 어렵지 않았을 수도 있다는 것을 배우고 있습니다. 증거는 여러 방향에서 비롯됩니다. 진화하는 역사의 일부 그룹은 미생물의 기록을 반복의 전환에서는 단세포를 다세포 양식을 제안,장애물이 없습니다. 유전자 사이의 비교는 간단한 다세포 생물과 그들의 수준의 친척들이 계시는 많은 분자 장비에 필요한 세포 함께 밴드와 그들의 활동을 조정할 수 있습해야 되는 장소에서 잘 전에 다세포했습니다. 고 영리한 실험에서 테스트 튜브,단세포 생활할 수 있 진화의 시작을 다세포에서 단지 몇 백 세대는 진화 인스턴트입니다.

진화 생물학자들은 여전히 논쟁이 무엇을 몰고 간단한 집계의 세포가 점점 더 복잡해지고,선도하는 놀라운의 다양성에 있다. 그러나 그 길에 착수하는 것은 더 이상 그렇게 어려운 것처럼 보이지 않습니다. 시애틀의 워싱턴 대학(University Of Washington)의 진화 생물 학자 인 벤 커(Ben Kerr)는 말한다. “당신은 진화의 주요 단계 인 것처럼 보이는 것을 취하여 일련의 사소한 단계로 만듭니다.”

의 다세포에 다시 날짜 3 억년 때의 노출은 무엇이 될 것 매트의 미생물에 나타나 화석 기록합니다. 몇 가지가 있다고 주장하는 2-billion-year-old,코일 모양의 화석 수 있습니다 무엇의 푸른 녹색 또는 녹색 조류에서 발견되는 미국과 아시아와 불리는 Grypania spiralis—2.남아프리카에서 기록 된 50 억년 된 현미경 필라멘트는 다세포 생명의 첫 번째 진정한 증거를 나타냅니다. 다른 종류의 복잡한 유기체는 화석 기록에서 훨씬 늦게까지 나타나지 않습니다. 스폰지,많은 것으로 간주됩 가장 원시적이 살아있는 동물,수시 750 백만 년 전,하지만 많은 연구원 고려의 그룹 frondlike 위 Ediacarans,일반적인 약 570 만 년 전,을 먼저 결정적인 동물의 화석입니다. 마찬가지로 화석 포자는 적어도 4 억 7 천만 년 전에 조류에서 진화 한 다세포 식물을 제안합니다.

식물과 동물은 각각 한 번만 다세포로 도약했습니다. 그러나 다른 그룹에서는 전환이 또 다시 일어났습니다. 곰팡이를 가능성이 진화 복잡한 다세포의 형태로 열매를 맺는 몸을 생각하는 버섯—에 대 한 다스의 분리되는 경우,Nagy 결론에 preprint 게시 8 월 2017 년에 bioRxiv,의 검토에 기반을 어떻게 다른 종류의 균—일부 단세포,일부 다세포—와 관련이 있습니다. 같은 조류:빨강,갈색,녹색 조류를 모든 진화들이 자신의 다세포 양식이 지난 억 년이나 그래서.

니콜 왕,생물학 캘리포니아 대학에서(UC),Berkeley,발견을 드러내는 창에서 고대의 과도:choanoflagellates,그룹의 생 원생생물 것에 첨단의 도약을 다세포. 이러한 단일세포에는 사촌 동물의 부여 whiplike 신설하고 칼라의 짧은 머리카락과 유사한 식품의 필터링”칼라”세포 라인 채널의 스폰지입니다. 일부 choanoflagellates 자체는 구형 콜로니를 형성 할 수 있습니다. 2 년 전,왕을 배운 문화와 연구는 이러한 수생 생물에 의해 2001 년에 그녀 유전자 분석을 시작하는 인상에 대해 의심의 보기로 전환하는 다세포의 주요 유전자 뛰어넘습니다.

그녀의 실험실 시작했 돌리는 유전자 후 유전자를 한번 생각을 독점하는 복잡한 동물이 겉으로는 불필요한에서 고독한다. Choanoflagellates 유전자를 위한 tyrosine kinases,효소는 복잡한 동물이 도움을 제어 기능의 전문화된 세포와 같은 인슐린의 분비 췌장에서. 그들은 인간의 암과의 연관성으로 악명 높은 유전자 인 p53 과 같은 세포 성장 조절제를 가지고 있습니다. 그들은 심지어 세포가 서로 붙어서 조직을 그대로 유지하는 데 도움이되는 단백질 인 cadherins 와 C 형 렉틴에 대한 유전자를 가지고 있습니다.

모든 말을 조사하여 활동적인 유전자에서 21choanoflagellate 종,왕의 그룹이 있는 이러한”간단한”생물 일부 350 유전자 가족들이 한 번 생각 독점을 다세포는 동물,그들은 보고서 31 일 월 eLife. 는 경우,그녀가 다른 사람,믿 choanoflagellates 엿볼을 제공의 중 하나-세포 조상의 동물을 생체 이미 잘 갖춰진을 위해 다세포 생명이다. 왕과 그녀의 랩은”넣어 가지고 원생생물에서 앞의 연구를 주소에 동물원,”says Iñaki Ruiz-Trillo,진화 생물학에서는 스페인 국립연구회와 토마 Fabra 대학에서 바르셀로나,스페인입니다.

은 당신이 어떤 것의 주요 단계에 진화하고 그것의 일련의 사소한 단계입니다.

조상의 버전의 사람들이 유전자지 않을 수도 있습 같은 작업 그들은 나중했다. 예를 들어,choanoflagellates 유전자를 위한 중요한 단백질을 신경세포,그럼에도 불구하고 그들의 세포하지 않을 닮은 신경세포,왕을 말한다. 마찬가지로 자신의 편모가 있는 단백질이에서 척추는 데 도움이 만들은 몸의 좌우 비대칭성,하지만 그것이 무엇에 단세포 유기체를 알 수 없습니다. 그리고 choanoflagellate genomes 는 모든면에서 다세포 성을 예상하지 못합니다; 그들은 동물 발달에 중요한 Pax 및 Sox 와 같은 전사 인자를 포함하여 몇 가지 중요한 유전자가 부족합니다. 누락 된 유전자는 우리에게”실제 동물의 혁신이 무엇인지에 대한 더 나은 아이디어”라고 킹은 말합니다.

세포가 함께 줄무늬로,그들은 단지 새로운 용도로 기존의 유전자를 넣어하지 않았다. 연구 Volvox,조류 형성하는 아름다운,flagellated 녹색 공는 다세포 생물은 또한 발견하는 새로운 방법을 사용하여 기존의 기능입니다. Volvox 와 그 친척은 다세포로의 전환에 걸쳐 있습니다. 반면 Volvox 개인 500 60,000 세포 배치에서 빈 영역,친척과 같은 Gonium 종이로 네 16 셀;다른 사람이 완전히 단세포. 비교함으로써 생물학과 유전을 따라 연속체에서 하나의 셀 수천,생물학자들의 몫에 대한 요구 사항은 점점 더 복잡합니다. “어떤 이는 그룹의 조류 가르쳐 주의 일부입에 관여하는 단계를 진화의 다세포 유기체”라고 마태복음 헤론,진화 생물학 Georgia Institute of Technology,Atlanta.

이 연구들은 복잡한 유기체에서 전문화 된 세포의 많은 기능이 새로운 것이 아니라는 것을 보여줍니다. 대신,기능 및 기능은 볼에 단세포 생물은 재배치에서 시간과 공간에서 자신의 친척을 다세포,말 코리나 Tarnita,이론적인 생물학에서의 프린스턴 대학교도 있습니다. 예를 들어,Volvox,Chlamydomonas 의 단세포 친척에서 centrioles 라고 불리는 세포 소기관은 이중 의무를 수행합니다. 세포의 수명의 대부분을 위해 그들은 물기를 통해 세포를 추진하는 두 개의 소용돌이 모양의 편모를 고정시킵니다. 그 때는 세포를 준비하는 재생가 편모하고,중심 소체를 향해 이동 핵 도움으로 풀어 나누어 세포의 염색체가 있습니다. 나중에,딸 세포는 각각 편모를 재성장합니다. Chlamydomonas 는 수영과 번식을 할 수 있지만 동시에 할 수는 없습니다.

다세포 Volvox 는 세포가 특화되어 있기 때문에 한 번에 둘 다 할 수 있습니다. 더 작은 세포는 항상 Volvox 의 표면 위로 영양분을 휩쓸고 수영을 돕는 편모를 가지고 있습니다. 더 큰 세포는 편모가 부족하고 대신 세포 분열을 위해 centrioles 를 풀 타임으로 사용합니다.

Volvox 는 용도 변경 다른 기능의 단일 세포의 조상뿐만 아니라. 클라미도 모나스에서는 고대의 스트레스 반응 경로가 광합성이 종료되고 자원이 희박 해지면 밤에 재생산을 차단합니다. 하지만 Volvox,동일한 통로 활동의 모든 시간에 수영 세포 유지하기 위해,자신의 영구적으로 복제에 베이 등이 있습니다. 무엇이었는 응답의 환경적 신호에 단세포 조상에서 공동 선출되었 증진을 위한 노동 부문에 그는 더 복잡한 후손,커 말한다.

세 번째 생물체 세트는 기존 유전자와 기능의 용도 변경이 어떻게 이루어질 수 있었는지를 암시합니다. 지난 십년간,Ruiz-Trillo 고 자신의 동료들에 비해 더 많은 십여 원생생물 유전자의 사람들과 동물들—비교되는 강조은 더 큰 크기 및 복잡성의 동물성 유전자,그들은 보고서 20 월 eLife. 그러나 더 말하고 찾아왔을 때 루이즈 Trillo;Arnau Sebé-Pedrós,지금에 출처:대학의 공식 웹 사이트에서 이스라엘 레호보트;및 Luciano di Croce 에서 바르셀로나의 센터를 위한 게놈 규정 분석 원생생물 Capsaspora 의 포트폴리오의 유전자 조절하는 신호가 있습니다. 그들은 원생생물이 사용 일부의 동일한 분자로 동물을 돌 유전자에서 특별한 시간과 장소:라고 하는 단백질 전사 요인과 오래 가닥의 RNA 하지 않는 인코딩 단백질이다. 그러나 그것의 발기인—규제 DNA 과 상호 작용하는 전사 요인이었다 훨씬 짧고 간단보다 동물에서,그룹에 보고 19May2016 년에 세포를 제안,더 적은 정교한 규정입니다.

루이즈 Trillo 와 그의 팀을 찾는 포인트 키을 다세포 증가 튜닝할 수 있습니다 유전자 조절. 보다 무대에서 도약을 단세포 조상들을 보이는 보다 적게 위협하는 경우 그것은 부분적으로의 문제를 다시 설정하는 유전자 스위치를 사용,기존 유전자 활성화되는 새로운 시대와 장소입니다. Georgia Tech 의 William Ratcliff 는”이것은 진화론이 항상하는 일이며,새로운 목적을 위해 주변에있는 것들을 사용합니다.

그 검소한 용도 변경은 Ratcliff 의 실험실에서 펼쳐진 신속한 전환을 설명 할 수 있습니다. 화석 기록을 보거나 기존 유기체의 게놈을 비교하는 대신 실험실 문화에서 진화를 재현했습니다. “내 자신의 연구는 없습니다되었습니다 무엇인지 알아보십시오 현실 세계에서 무슨 일이 있었지만,프로세스를 살펴의 세포가 어떻게 진화 복잡성이 증가니다.”라고 설명합니다.

로 박사 후 연구원 마이클로 작업하기 Travisano 미네소타 대학에서 세인트 폴에서 Ratcliff 을 받 효모 문화의 양식은 인공 선택합니다. 그는 플라스크의 바닥에 얼마나 빨리 정착했는지에 의해 측정 된 가장 큰 세포 만 생존하고 재현 할 수있었습니다. 2 개월 이내에 새로 형성된 딸 세포가 어머니에게 붙어 분지 구조를 형성함에 따라 다세포 클러스터가 나타나기 시작했습니다.

으로 각각의 문화를 계속 진화—일부는 지금보다 더 많은 통해 3000 세대에 눈송이가 크고,효모 세포되었다 더 튼튼하고,더 연장하고 새로운 모드로의 재생산을 진화했습니다. 에서 큰 눈송이 효모,몇 세포에 따라 긴 가지를 받게 형태의 자살을 출시,세포에서 팁을 시작하는 새로운 눈송이입니다. 죽어가는 세포는 그룹이 재현 할 수 있도록 생명을 희생합니다. 그것은 세포 분화의 기초적인 형태라고 Ratcliff 는 설명합니다. 그는 방금 이러한 빠르게 나타나는 형질의 유전 적 기초를 탐구하기 시작했습니다; 그것은 혼합 기존의 유전자는 공동 선택한 새로운 기능과 다른 유전자 중 하나와 같은 도움을 나누어 효 별도—되고 사용할 수 없습니다.베이에서 세포 사기꾼을 유지하는 방법:

효모는 또한 다세포의 핵심 보호 장치를 개발했다. 이러한 사기꾼은 돌연변이가 일부 세포를 다른 세포와 다르게 만들 때 발생하며 아마도 덜 협조적입니다. 인간과 같은 복잡한 유기체에서 보호는 수차 세포를 파괴하기 위해 면역 체계를 갖는 것에서 부분적으로 나옵니다. 또한 단일 세포(예:수정란)가 다음 세대의 출발점 역할을하는 세대 간의 병목 현상에 달려 있습니다. 결과는 새로운 세대의 모든 세포가 유 전적으로 동일한 밖으로 시작한다는 것입니다. 눈송이 효모는 비정상적인 세포를 제거하는 자신의 방법을 가지고 있습니다. 돌연변이가 시간이 지남에 따라 축적되기 때문에 가장 비정상적인 세포가 눈송이의 끝에서 발견됩니다. 그러나 그들은 사기꾼이 될 기회를 갖기 전에 새로운 식민지를 형성하기 위해 헤어진다.

이 메커니즘은 또한 효모에서 그룹 형질이 진화 할 수있게한다. 각 눈송이 가지에서 방출 된 세포의 돌연변이는 다음 식민지의 모든 세포에 전달됩니다. 따라서,이후에 눈송이 밖으로 시작하는 새로운 특성 그룹에서 크기 및 번호의 세포이나 주파수와 위치에 자살의 셀,예를 들어이 되는 제분소에 대한 더 진화. 그 시점부터 적응하는 개별 세포가 아닌 조립체입니다.

효모 결과는 우연이 아니 었습니다. 2014 년에 Ratcliff 와 그의 동료가 적용되는 동일한 종류의 선택을 위해 더 큰 세포 Chlamydomonas,단일세포조류,그리고 다시 봤 식민지 신속하게 등장합니다. 주소로 비판하는 그의 인공적인 기술을 선택 너무 인위적인,그와 헤론은 다음을 반복 Chlamydomonas 실험으로 자연적인 선택적압:의 인구 paramecia 는 먹 Chlamydomonas—과를 선택하는 경향이 떨어져의 작은 세포입니다. 다시 한 번 일종의 다세포가 나타나기가 빨랐습니다: 내 750 세대에 대해 두 개의 다섯 실험적인 인구를 시작했을 형성 및 재현하는 그룹으로 팀에 쓴 12 월에 preprint 에 bioRxiv.

경우 다세포 온다,그렇게 쉬운 일이 왜 여러 가지 억 년 후에 생명의 기원에 대한 복잡한 생물들을 단단히 설립된? 전통적으로,연구진은 비난 이른 분위기의 산소 수준을 충분히 얻을 산소,유기체 데 필요한 가능한 가장 높은 비율의 표면을 볼륨을 강제로 그들이 작습니다. 약 10 억년 전에 산소 수준이 상승한 후에야 더 크고 다세포 생물이 생길 수있었습니다.

2015 년에,그러나,니콜라스 버터는,고생물학 캠브리지 대학에서 영국에서는,제의 저렴한 산소 수준을 실제로 선호하는 진화의 다세포 고대의 해양 생물. 더 크고 다세포 생물—여러 편모가있는-은 산소를 수확하기 위해 세포막을지나 물 을 쓸어 버리는 것이 더 좋았습니다. 부족한 영양분이 고대에 바다 이야기 드라이브 다음 단계의 진화를 전문화한 유형 셀,기 때문에 더 복잡한 생물 수확 할 수있는 음식을 더 효율적으로 합니다. 으로는 이유에 대한 복잡한 생물기도 등장하는 것,버터를 생각하는 지연 시간을 반영하는 걸렸다 진화를 더 세련된 유전자를 규정에 필요한 다세포.

버터의 이론”정말 우아하고 간단한,건물에서 첫번째 원칙의 물리 및 화학 설정으로 깊은 지구화학적,화학적 및 생물물리학적 컨텍스트”라고 말 리처드 Grosberg,진화 생물학 UC 데이비스.

일단 생물체가 다세포로 문턱을 넘었 으면 거의 돌아 가지 않았습니다. 에서 많은 계통의 수는 종류의 세포이고 장기 성장을 계속,그리고 그들은 점점 더 정교한 방법으로 조정하는 자신의 활동입니다. 스웨덴의 Umeå University 의 이론 생물 학자 인 Ratcliff 와 Eric Libby 는 4 년 전에 ratcheting 효과가 인수되어 복잡성의 끊임없는 증가를 이끌었다 고 제안했습니다. 복잡한 유기체의 세포가 서로 전문화되고 의존적 일수록 단일 세포 생활 방식으로 되돌아가는 것이 더 어려워졌습니다. 진화 생물학자들이 사람 Cooper 및 스튜어트 웨스트 옥스퍼드 대학에서 영국에서는 최근 확인하는 그림에서 수학적 시뮬레이션. 더 복잡한 유기체의”노동 분업은 결과가 아니라 운전자”라고 쿠퍼와 웨스트는 5 월 28 일 Nature Ecology&Evolution 에 썼다.

만하여 초기의 전환 하나의 세포로부터 많은 주기의 복잡성이 증가했다고 풍요 로움의 다세포 생 오늘은 결과입니다.