Chromosphaera perkinsii 是一种单细胞生物,2017年在夏威夷附近的海洋沉积物中被发现。证据表明,它在地球上的存在超过十亿年,早于第一种动物的出现。日内瓦大学(UNIGE)的研究人员发现,这种生物形成的多细胞结构与动物胚胎惊人相似。这些发现意味着,胚胎发育所需的遗传机制在动物进化之前就已经存在,或者C. perkinsii独立发展出了相似的机制。因此,大自然可能在“发明鸡”之前就具备了“创造卵子”的遗传能力。这项研究已发表在期刊Nature上。
地球上最早的生命形式是单细胞生物,如酵母和细菌。后来,像动物这样的多细胞生物出现,从一个单细胞(卵子)发展成为复杂的生命形式。这种胚胎发育遵循特定阶段,显示出不同动物物种间的显著相似性,这可能追溯到早于动物存在的时代。然而,从单细胞生物到多细胞生物的转变仍然知之甚少。
Omaya Dudin是UNIGE生物化学系新任命的助理教授,之前是洛桑联邦理工大学(EPFL)的SNSF Ambizione研究人员,正在研究Chromosphaera perkinsii,这种古老的鞭毛虫物种在超过十亿年前与动物谱系分岔,为可能导致多细胞生物进化的过程提供了重要见解。
在研究C. perkinsii时,研究人员发现这些细胞在达到完全大小后,进行无增大的分裂,形成的多细胞群落与动物胚胎发育的初期阶段相呼应。独特的是,这些群落在其生命周期的约三分之一的时间内持续存在,并包含至少两种不同类型的细胞,这对于单细胞生物来说是一个令人惊讶的特征。
“尽管是单细胞的,C. perkinsii 展示了这种物种在第一种动物出现之前就已经具备的多细胞协调和分化的过程,”研究负责人Omaya Dudin表示。
更令人惊讶的是,这些细胞分裂的方式以及它们形成的三维形状与动物胚胎发育的早期阶段惊人相似。与来自比格罗海洋科学实验室的约翰·伯恩斯博士合作,研究人员分析了这些群落中的基因活动,发现与动物胚胎中的基因活动有趣的相似之处,表明复杂多细胞发展的遗传框架在十亿年前就已经存在。
马林·奥利维塔是UNIGE的实验室技术员和这项研究的主要作者,她评论道:“令人惊叹的是,最近发现的一个物种让我们能回顾超过十亿年的历史。”这项研究表明,胚胎发育原则在动物出现之前就已经存在,或者C. perkinsii的多细胞发育机制是独立演化的。
这一发现可能为围绕大约6亿年前的化石的长期科学辩论提供新的视角,这些化石类似于胚胎,并可能质疑一些关于多细胞性本质的传统观念。