网站刚做好怎么做优化,网站改版升级方案,国内永久免费crm系统网站推荐有哪些,网站管理员登录入口来源#xff1a;中国科学报将团藻#xff08;拥有数百个细胞的藻类#xff09;与其相对简单的亲缘物种——单细胞衣藻#xff08;左上#xff09;和拥有4~16个细胞的盘藻#xff08;右上#xff09;作对比#xff0c;揭示了向多细胞生命发展的步骤。数十亿年前#xf… 来源中国科学报将团藻拥有数百个细胞的藻类与其相对简单的亲缘物种——单细胞衣藻左上和拥有4~16个细胞的盘藻右上作对比揭示了向多细胞生命发展的步骤。数十亿年前生命跨过了一个门槛。单细胞开始结合在一起没有形态的、单细胞生命的世界踏上了一条演化征程并形成了今天从蚂蚁到梨树再到人类等各种形态和功能的多细胞生命。这是生命历史上最重要的转变然而一直以来人们并不知道它是如何发生的。单细胞和多细胞生命之间的鸿沟几乎无法逾越。单个细胞的存在是简单的、有限的。像隐士一样微生物只需要养活自己虽然有些微生物偶尔也会联合起来但它们与其他微生物之间的协调和合作都并非必要。相比之下多细胞生物体内的细胞——从某些藻类所拥有的4个细胞到人体内的37万亿个细胞都放弃了各自独立性顽强地结合在一起承担着特殊的功能为了更大的利益而减少自身繁殖只增长到它们履行其功能所需要的数量。而当它们反抗时癌症就会暴发。多细胞生物带来了新的功能。例如动物为了寻找更好的栖息地、躲避捕食者和追捕猎物而获得了灵活性植物可以深入到土壤中寻找水分和养分它们也可以朝着向阳的地方生长从而让光合作用最大化真菌则建立了巨大的生殖结构来传播孢子。虽然多细胞生物有很多优势匈牙利科学院生物研究中心进化生物学家Laszlo Nagy说但传统上它“被认为是一个重大的转变而且其中充满了巨大的遗传障碍”。然而现在Nagy和其他研究人员了解到这一过程可或许并没有想象中那么艰难。或许没有那么艰难多细胞生物的迹象可追溯到30亿年前当时类似微生物席的观感物出现在化石记录中。一些人则主张在美国和亚洲发现的20亿年前的线圈状化石或为蓝绿藻或绿藻化石或者在南非发现的25亿年前的显微镜细丝才是代表多细胞生命的首个真正证据。而其他种类的复杂生物直到很久以后才出现在化石记录中。很多人认为海绵动物是最原始的活体动物可被追溯到7.5亿年前但也有许多研究人员认为在5.7亿年前很常见的叶状生物群——埃迪卡拉生物群是第一种确定的动物化石。同样化石孢子表明多细胞植物是至少在4.7亿年前由藻类进化而来的。植物和动物跨向多细胞生物都只“跳跃”了一次。但在其他群体中这种转变则一次又一次地发生。基于对不同种类的真菌一些单细胞一些多细胞相互联系的研究Nagy在去年12月8日发表于bioRxiv的一个预印本中总结道真菌很可能在十几种不同的情况下以子实体的形式进化出复杂的多细胞生物。同样的道理也适用于藻类红藻、褐藻和绿藻在过去10亿年左右的时间里进化出多细胞形态。美国加州大学伯克利分校生物学家Nicole King发现了揭示这些古老转变的一扇窗户鞭毛藻似乎正处于跃向多细胞生物边缘的一种现存的原生生物。这些单细胞动物的近亲拥有鞭状鞭毛和较短绒毛的颈部类似于排列在海绵动物体内过滤食物的“领”细胞。有些鞭毛藻本身可以形成球状菌落。20多年前King学会培养和研究这些水生生物到2001年她的基因分析开始对当时的观点提出质疑即向多细胞生物的转变是一个重大的基因飞跃。总的来说通过对21种鞭毛类动物活性基因的调查King团队发现这些“简单”的生物体约有350个一度被认为是多细胞动物独有的基因家族相关成果5月31日发表于eLife。如果像她和其他人认为的那样鞭毛类动物能让人们一瞥动物的单细胞祖先那么这种生物已经具备了多细胞生命的条件。西班牙国家研究理事会和巴塞罗那庞培法布拉大学的进化生物学家Inaki Ruiz-Trillo说King和团队“把原生生物带到研究动物起源的前沿”。多细胞进化的关键当细胞结合在一起时它们不仅仅将现有基因用于新的用途。通过对团藻一种可形成带有鞭毛的绿色球体的海藻开展的研究表明多细胞生物也找到了利用现有功能的新方法。团藻及其亲缘类群跨越了向多细胞生物的过渡。团藻个体有500到6万个细胞排列在一个空心球体中而它的一些亲缘类群如盘藻只有4到16个细胞其他亲缘类群则完全为单细胞。通过对从一个细胞到数千个细胞的连续体进行生物学和遗传学对比生物学家正在收集越来越复杂的生命的需求。亚特兰大佐治亚理工学院进化生物学家Matthew Herron说“这些海藻类群让我们了解到多细胞生物进化过程中的一些步骤。”这些研究表明在复杂的生物体中特殊细胞的许多功能并不是新的。然而普林斯顿大学理论生物学家Corina Tarnita说单细胞生物的特征和功能在其多细胞亲缘物种中被在时空上重新排列。另一组生物体则暗示了现有基因和功能的重组是如何发生的。在过去10年里Ruiz-Trillo和同事已经比较了十几种原生生物和动物的基因组这种对比强调了动物基因组更大的规模和复杂性相关成果7月20日发表于eLife。而Ruiz-Trillo与以色列魏茨曼科学研究所的Arnau Sebé-Pedrós、巴塞罗那基因调控中心的Luciano di Croce合作还做出了一项更有说服力的发现。他们分析了原生生物Capsaspora的基因调控信号组合发现该原生生物利用与一些动物相同的分子在特定的时间和地点开启和关闭基因叫作转录因子的蛋白质和不编码蛋白质的长链RNA。但是它的启动子与转录因子相互作用的调节性DNA比在动物体内要短得多也更简单表明其调控并不复杂相关成果2016年5月发表于《细胞》杂志。对于Ruiz-Trillo和团队来说这一发现指向了多细胞生物的关键增加基因调控的微调。与单细胞祖先相比这似乎是一个巨大的飞跃但如果其部分原因在于重置基因开关使现有基因在新的时间和空间变得活跃那么看起来就不会那么艰难了。佐治亚理工学院的William Ratcliff表示“这就是进化一直在做的事情利用周围的事物来达到新的目的。”跨过门槛 鲜少回头如果多细胞来得如此容易那么为什么复杂有机体的生命起源要经过几十亿年才能建立起来呢传统上研究人员一直将此归咎于早期大气含氧量低为了获得足够的氧气生物体需要尽可能高的表面与体积比这迫使它们保持较小的体积。只有在约10亿年前氧气水平上升之后才能产生更大的多细胞生物。然而英国剑桥大学古生物学家Nicholas Butterfield在2015年提出低氧水平实际上有利于古代海洋生物中多细胞生物的进化。更大的多细胞生物有多个鞭毛更擅长将水从细胞膜上扫过以获取氧气。古代海洋中稀缺的营养物质将推动下一个阶段即特殊细胞类型的进化因为更复杂的生物体可以更有效地获取食物。至于为什么复杂的生物要花这么长时间才出现Butterfield认为这种滞后反映了进化出更复杂的基因调控所需的时间。加州大学戴维斯分校进化生物学家Richard Grosberg说Butterfield的理论“非常优雅和简约它建立在物理和化学的基本原理之上深植于地球化学、生物地球化学和生物物理学的背景之中”。一旦生物跨过了多细胞的门槛它们就很少回头。在许多世系中细胞和器官的种类不断增加它们发展出更复杂的方式来协调自己的活动。Ratcliff和瑞典于默奥大学理论生物学家Eric Libby在4年前提出棘轮效应的观点是它导致复杂性不断增加。复杂生物的细胞越专门化、越相互依赖就越难恢复单细胞的生活方式。英国牛津大学进化生物学家Guy Cooper和Stuart West最近在数学模拟中也验证了这一观点。在5月28日发表于《自然—生态与进化》杂志的报告中两人写道“劳动分工不是一个结果而是更复杂有机体的一个驱动因子。”一旦从单细胞到多细胞的初始转变被触发一个复杂性日益增加的循环就此固定而今天丰富多彩的多细胞生命就是其结果。未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
