V laboratóriu v Atlante každý deň bojujú tisíce kvasinkových buniek o prežitie. Organizmy, ktoré žijú ďalší deň, rastú rýchlejšie, rýchlejšie sa rozmnožujú a tvoria najväčšie aglomerácie. Asi desaťročie sa bunky vyvíjali tak, aby sa k sebe pripájali a vytvárali rozvetvené tvary snehových vločiek.

Tieto zvláštne snehové vločky sú stredobodom experimentov, ktoré skúmajú, čo sa mohlo stať pred miliónmi rokov, keď sa jednobunkové organizmy spojili, aby sa stali mnohobunkovými. Tento proces však nakoniec viedol k tak fantasticky nepraktickým a bizarným tvorom, ako sú chobotnice, pštrosy, škrečky a ľudia.

Hoci sa predpokladá, že mnohobunkovosť sa v histórii života na Zemi vyvinula najmenej 20-krát, nie je jasné, ako organizmy prešli z jednej bunky do mnohých organizmov zdieľajúcich osud. Ale v Výskumná práca publikovaná v stredu v časopise NatureVýskumníci odhaľujú jeden kľúč k tomu, ako sa bunky začínajú budovať v tele. Tím, ktorý vyrobil kvasinky Snowflake, zistil, že viac ako 3000 generácií sa zhluky kvasiniek rozrástli do takej veľkosti, že ich bolo možné vidieť voľným okom. Postupom času sa vyvinul z mäkkého, mäkkého materiálu na niečo s tvrdosťou dreva.

Will Ratcliffe, profesor na Georgia Tech, začal experimentovať s droždím, keď bol na postgraduálnej škole. Inšpiroval ho Richard Lenski, biológ z Michiganskej štátnej univerzity, a kolegovia, ktorí pestovali 12 fľaštičiek E. coli vo viac ako 75 000 generáciách a od roku 1988 zdokumentovali, ako sa zmenili populácie. Dr. Ratcliffe uvažoval, či by štúdium evolúcie, ktorá povzbudzuje bunky, aby sa držali spolu, mohlo objasniť pôvod mnohobunkovosti.

„Všetky línie, o ktorých vieme, že vyvinuli mnohobunkovosť,“ povedal, „urobili tento krok pred stovkami miliónov rokov.“ „A nemáme veľa informácií o tom, ako jednotlivé bunky tvoria zhluky.“

Preto urobil jednoduchý experiment. Každý deň otáčal kvasinkové bunky v skúmavke, vysal tie, ktoré klesali na dno najrýchlejšie, a potom ich použil na rast populácie kvasiniek na ďalší deň. Zdôvodnil to tým, že ak sa vyberie pre najťažších jedincov alebo skupiny buniek, bude to stimul pre kvasinky, aby vyvinuli spôsob, ako držať spolu.

A fungovalo to: V priebehu 60 dní sa objavili kvasinky snehových vločiek. Keď sa tieto kvasinky delia, vďaka mutácii sa od seba úplne neoddelia. Namiesto toho tvoria vetviace sa štruktúry geneticky identických buniek. Kvasinky sa stali mnohobunkovými.

Ale Ratcliffe zistil, že snehové vločky, ako pokračoval v skúmaní, sa nezdalo byť veľmi veľké a zostali tvrdohlavo mikroskopické. Pripisuje zásluhy Ozanovi Bozdagovi, postdoktorandskému výskumníkovi vo svojej skupine, za prelom v oblasti kyslíka alebo hypoxie.

Pre mnoho živých vecí slúži kyslík ako druh raketového paliva. Energia uložená v cukroch je ľahko dostupná.

Doktor Bozdag dal v experimente kyslík niektorým kvasinkám a transplantoval iné, ktoré mali mutáciu, ktorá im bránila ho použiť. Zistil, že v priebehu 600 presunov kvasinky s nedostatkom kyslíka v objeme explodovali. Ich snehové vločky rástli a rástli, až sa nakoniec stali viditeľnými voľným okom. Podrobné skúmanie formulácií ukázalo, že kvasinkové bunky boli oveľa dlhšie ako normálne. Vetvy boli prepletené do hustého zhluku.

Vedci sa domnievajú, že táto hustota môže vysvetliť, prečo je kyslík takou prekážkou rastu kvasiniek. Pre kvasinky, ktoré mohli využívať kyslík, malo zvýšenie ich objemu veľké nevýhody.

Pokiaľ boli snehové vločky malé, bunky mali vo všeobecnosti rovnaký prístup ku kyslíku. Ale veľké, husté výplne znamenajú, že bunky v každej hrudke sú odrezané od kyslíka.

Kvasinky, ktoré nedokážu využívať kyslík, naopak nemajú čo stratiť, a tak to išlo vo veľkom. Výsledky naznačujú, že kŕmenie všetkých buniek v zhluku je dôležitou súčasťou kompromisov, ktorým organizmus čelí, keď sa stáva mnohobunkovým.

Náročné sú aj vytvorené skupiny.

„Množstvo energie potrebnej na rozbitie týchto vecí sa zvýšilo o viac ako milión,“ povedal Peter Junker, profesor na Georgia Tech a spoluautor článku.

Táto sila môže byť kľúčom k ďalšiemu kroku vo vývoji mnohobunkovosti, hovorí doktor Ratcliffe – vývoj niečoho ako obehový systém. Ak bunky vo veľkej mase potrebujú pomoc pri prístupe k živinám, kľúčom je dostatočne silný predmet na usmernenie toku tekutín.

„Je to ako vystreliť hasičskú hadicu do kvasnicovej hmoty,“ povedal doktor Juncker. Ak je bunková hmota chudobná, tento prísun živín ju zničí skôr, ako sa každá bunka stihne uživiť.

Tím teraz skúma, či by sa v hustých zhlukoch kvasiniek snehových vločiek mohli vyvinúť spôsoby, ako dodávať živiny do ich najvnútornejších orgánov. Ak áno, potom nám tieto kvasinky vo svojich skúmavkách v Atlante môžu povedať niečo o tom, aké to bolo pred vekami, keď vaši predkovia a mnohé organizmy okolo vás začali stavať telá z buniek.