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2023年1月16日，据美国物理学家组织网报道，5亿多年前，地球表面的单细胞生物开始形成多细胞簇，最终演变为植物和动物。美国明尼苏达大学的研究人员在实验室中利用普通的啤酒酵母菌复制了这一关键进化步骤，展示了这一过渡的发生过程。相关论文已发表在近期出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。

研究人员将啤酒酵母菌加入培养基中，在试管内生长了一天，然后用离心机搅动使试管中的成分分层。当混合物稳定下来后，细胞簇会更快地沉降到试管底部，因为它们的质量较重。研究人员将这些细胞簇取出，转移到新的培养基中，然后再次搅动它们。经过六轮循环后，细胞簇已经包含了几百个细胞，形态类似于球形的雪花。

酵母菌“进化”成了多细胞簇，能够协同合作、繁殖并改变其环境，基本上变成了今天地球生命的初期形式。分析显示，这些细胞簇并不是随机粘连的细胞群，而是互相关联的，它们在细胞分裂过程中保持连接。这表明它们具有遗传相似性，从而促进合作。当细胞簇达到临界大小时，一些细胞会进入凋亡过程而死亡，从而将后代细胞分隔开。后代细胞簇的繁殖扩展也只能达到其“父母”所达到的大小。国家科学基金会环境生物学分部代理副主管乔治·吉尔克利斯特表示：“这种劳动分工的进化速度非常快，以雪花状集簇的形式不断繁殖。通向多细胞复合体的第一步，似乎并没有理论上认为的那么艰巨。”

论文的作者之一、明尼苏达州立大学的科学家威尔·拉特克利夫解释道：“一个细胞簇还不能称为多细胞体，只有当其中的细胞开始合作、自我牺牲以达成公共利益并能适应变化时，这才是向多细胞体进化的一种过渡。”他指出，要形成多细胞生物，大部分细胞需要牺牲它们的繁殖能力，这是一种有利于整体却不利于个体的行为。例如，人体的几乎所有细胞本质上都是一个支持系统，只有精子和卵子负责将DNA传递到下一代。因此，多细胞体是由其合作性来定义的。

进化生物学家们估计，这种多细胞体独立地进化成了25个体系，未来通过对比多细胞簇留下的化石，可以进一步揭示每个体系中相应的发展机制和基因异同。

新实验方法可用于研究许多医疗和生物学重要课题，比如多细胞体在癌症、衰老及其他生物学关键领域中的功能。论文合著者、明尼苏达大学的迈克尔·特拉维萨诺表示，最近有人提出，癌症是一种源自最初的多细胞体的化石，而衰老的起源也与此类似，通过多细胞酵母菌可以直接对此进行研究。

doi:10.1073/pnas.1115323109