Новое исследование в Университете штата Мичиган предполагает, что отделение половых клеток — сперматозоидов и яйцеклеток — от соматических клеток — всех других клеток — сохраняет генетические строительные блоки, позволяя организмам процветать в довольно опасной среде.
Результаты, опубликованные в текущем выпуске журнала PLOS Biology, показывают, что наличие соматических клеток, выполняющих грязную работу организма, помогает объяснить эту полезную эволюцию.
«Идея, которую мы изучаем, заключается в том, что многоклеточные организмы откладывают зародышевые клетки для защиты своего генетического материала, позволяя другим клеткам — соме — выполнять грязную работу, которая повреждает ДНК, их генетические строительные блоки», — сказала Хизер Голдсби, исследование Центра изучения эволюции в действии МАЯК МГУ.
Хотя это исследование было сосредоточено на клетках многоклеточных организмов, некоторые из тех же тем применимы и к другим естественным системам. Ульи — один из возможных примеров.
Царица будет зародышевой клеткой, выполняющей единственную задачу по поддержанию популяции улья; а рабочие пчелы будут соматическими клетками, выполняющими все другие необходимые обязанности, необходимые для обеспечения здоровья улья.
Вместо того, чтобы использовать пчел или живые организмы для своих экспериментов, исследователи использовали Avida, программную среду, разработанную в МГУ, в которой самовоспроизводящиеся компьютерные программы конкурируют и развиваются.
«Цифровые организмы в Avida развивают сложные черты и поведение естественным и неограниченным образом», — сказал Чарльз Офриа, директор лаборатории цифровой эволюции МГУ. "Avida — это мощная платформа для исследования больших эволюционных вопросов, намного быстрее и прозрачнее, чем когда-либо можно было бы сделать с естественными организмами."
Это разделение клеточных функций является отличительной чертой основных переходов в эволюции.
Виртуальные организмы команды начинались с набора идентичных клеток, которые изначально не подвергались риску и, следовательно, не получали вознаграждения. Организмы медленно эволюционировали, чтобы выполнять некоторую очень прибыльную грязную работу, рискуя для этого своим геномом.
Однако по-настоящему они процветали только после того, как развили соматические клетки, которые несли на себе основную тяжесть грязной работы, наряду с половыми клетками, которые передавали «чистый» геном следующему поколению.
Интересно, что соматические клетки выполняли еще более сложные функции после того, как они были освобождены от бремени воспроизводства, что привело к более высокой приспособленности для организма в целом, добавила Офрия.
Из-за того, что вы выполняете больше грязной работы, сома подвергается бомбардировке мутаций. Это частично объясняет, почему организмы стареют.
«Одна из теорий относительно того, почему мы стареем, заключается в том, что наши клетки мутируют или повреждаются из-за стресса», — сказал Голдсби, ныне работающий в Вашингтонском университете. "Это разыгралось во время наших экспериментов. Старые организмы накапливали вредные мутации и начинали выполнять задачи медленнее или стареть, в то время как более молодые опережали их."