하나에서 많은 사람들이왔다. 약 7 억 년 전, 단일 세포는 최초의 동물을 일으켰습니다.이 동물은 오늘날 동물에서 볼 수있는 놀라운 복잡성과 다양성을 생성 할 수있는 다세포 유기체를 일으켰습니다. 새로운 연구는 현재 과학자들이 그 세포의 모습과 다세포 성이 어떻게 나타날 수 있었는지에 대한 새로운 관점을 제공하고 있습니다.
한 세기가 넘는 동안, 첫 번째 동물이 진화 한 조상은 동일한 세포의 단순한 덩어리라고 널리 가정되었습니다. 나중에야, 동물이 생명의 나무에 자신의 가지를 형성 한 후에, 그 세포는 특수한 기능으로 다양한 세포 유형으로 구별되기 시작했습니다. 그러나 지금, 오늘날 살아있는 가장 오래된 동물들 사이의 게놈 분석과 비교가 가장 가까운 비 동물성 친척들 사이의 비교는 그 이론을 뒤집기 시작했습니다.
최근의 작품은 이미 놀랍도록 복잡한 조상 단일 세포 유기체의 그림을 그립니다. 그들은 오늘날의 줄기 세포와 같이 차별화 된 다음 덜 전문화 된 형태로 다시 배열하기 위해 여러 상태 사이에서 앞뒤로 미끄러질 수있는 가소성과 다양성을 가지고있었습니다. 이 연구는 세포 분화 메커니즘이 다세포 동물의 점진적인 상승을 미리 잡았다는 것을 암시합니다.
이제 과학자들은 새로운 이야기에 대한 가장 설득력있는 증거를보고하고 있습니다. 그들의 작품과 자연의 출판에서 영감을 얻은 토론 지난 달, 이러한 종류의 진화론 적 질문에 대한 결정적인 답변을 고정시키는 것이 얼마나 어려운지, 그리고 그 응답을 추구하기 위해 순 연구원들이 얼마나 넓게 던져야하는지를 강조합니다.
가까운 친척을 찾고
1860 년대에 생물 학자 Henry James Clark과 William Saville-Kent는 두 유기체의 세포 사이에서 눈에 띄는 유사점을 별도로 언급했습니다. Choanoflagellates는 작은 구형 또는 계란 모양의 세포이며, 앞뒤로 채찍질하는 단일 편모를 둘러싼 손가락 모양의 돌출부의 "칼라"로 선정 된 세포입니다. 이 프로테어스트들은 편모로 수류를 휘젓고 다음 식사 (보통 박테리아)를 칼라로 쓸어냅니다. 한편, 스폰지는 정체 세포를 포함하여 많은 세포 유형으로 구성된 단순한 동물입니다. 스폰지 내부의 챔버를 묶고 음식을 포착하는 칼라 깔기 세포입니다. Choanocyts는 Choanoflagellates와 같이 놀랍게 보이고 작용하기 때문에 일부 과학자들은 1980 년대와 90 년대에 choanoflagellates가 스폰지에서 진화 한 다음 하나의 세포로 단순화 한 동물 일 수 있도록 너무 많이 보입니다.
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구조적 유사성으로 인해 전문가들은 세포가 조상을 공유했으며 단일 세포 조 아 플라 겔 레이트가 다세포 스폰지가 어떻게 생겼는지 이해하는 열쇠 일 수 있다고 전문가들에게 촉발시켰다. 이를 바탕으로 유명한 해양 생물 학자 Ernst Haeckel은 1874 년에 동물 다세포의 진화에 대한 이론을 제시했으며, 그 이후로 연구자들은 다음과 같이 정교 해졌다. 이러한 많은 세포들이 함께 모여 식민지, 동일한 세포의 중공 공을 형성하여 차례로 다양한 기능을 갖는 세포 유형 및 조직으로 점차적으로 구별되었다. 이것은 결국 첫 번째 동물 인 스폰지로 이어졌고 나머지는 역사입니다.
모든 징후는 이것이 동물의 진화에 대해 생각하는 올바른 방법임을 나타 냈습니다. Haeckel이 그의 이론을 제안한 지 1 세기가 넘는 2000 년대에 Genomic 증거는 Choanoflagellates가 동물의 가장 가까운 친척임을 확인했습니다. 노르웨이의 SARS 국제 해양 분자 생물학 센터의 분자 생물 학자 인 Pawel Burkhardt는“150 년 전, 많은 단일 세포 진핵 생물 중 하나는 동물의 친밀한 친척으로 제안되었다”고 말했다. “그런 다음 첫 번째 게놈이 시퀀싱되었고 BAM! 실제로 정말 사실이었다.”
Davis의 캘리포니아 대학의 지질 학자 인 데이비드 골드 (David Gold)는“나 자신을 포함한 과학자들은 오랫동안이 조 아 플라 겔 레이트-체포 세포 연결을 즐겼다”고 말했다.
게다가 워싱턴 D.C.에있는 스미소니언 연구소 국립 자연사 박물관 (National Museum of Natural History)의 고생물학자인 더글러스에 윈 (Douglas Erwin)은“당신은 Haeckel에 의문을 제기 할 것입니까? Haeckel에게 어떻게 질문합니까? 다윈의 질문과 거의 같습니다.”
의심의 첫 번째 씨앗
그러나 그 분명하고 우아한 이야기에 대한 불확실성은 지난 10 년 동안 성장하고 있습니다. 동물이 조 아 플라 겔 레이트 유사 세포의 콜로니에서 생겨났다는 생각은 세포 분화가 다세포성 이후에 진화했음을 암시한다. 그러나 바르셀로나의 진화 생물학 연구소 (Institute of Evolutionary Biology)의 진화 생물 학자 인 이냐키 루즈 트릴로 (Iñaki Ruiz-Trillo)는“데이터는 그렇게하지 않는다는 것을 보여주고있다”고 말했다.
첫 번째 합병증은 2008 년 과학자 그룹이 생명의 나무에있는 동물들 사이의 진화론 적 관계를보다 정확하게 매핑하기 위해 스폰지보다는 빗 젤리를 가장 빠른 동물로 식별했을 때 발생했습니다. 발견은 논쟁을 일으켰다. 골드는“여전히 격렬한 질문입니다. 그러나 저는 커뮤니티가 고전적인 이야기를 재평가해야한다고 생각합니다.”
.그 후의 발견은 어떤 동물 그룹이 먼저 왔는지 논쟁에 계속 연료를 공급했다. 그리고 일부 연구는 Choanoflagellates와 Sponge Choanocytes 사이의 차이를 간과 한 것으로 밝혀졌다. 세포의 공유 조상은 앞서 나오는 결론처럼 보이지 않기 시작했습니다.
과학자들은 또한 Choanoflagellates와 2 개의 밀접하게 관련된 단세포 그룹이 모두 다양한 세포 상태를 통해 진행되는 복잡한 수명주기를 가지고 있음을 깨닫기 시작했습니다. 이 상태는 본질적으로 다른 세포 유형으로 작용하지만, 다세포 유기체에서와 같이 기존의 모든 기존보다 나란히 작동하는 것이 아니라 단일 세포에서 순차적으로 발생합니다. Burkhardt는“그들은 시간적 세포 분화를 가지고있다
그리고 그러한 수명주기 동안,이 세 가지 원생 주의자들은 모두 원시 다세포와 같은 경계에 자신의 삶의 일부를 보냅니다. Choanoflagellates는 식민지 형태를 갖는다; 제 2 프로테이스트 그룹은 응집체 인 amoeba와 같은 세포를 갖는다; 세 번째 그룹의 세포는 수백 개의 핵을 갖도록 자랍니다.
이로 인해 2009 년 Haeckel의 가설에 대한 오래된 대안을 되찾은 논문이 제기되었습니다. 1949 년에, 러시아 생물 학자 Alexey Zakhvatkin은 세포가 세포를 일시적으로 분화 할 때 다세포 동물이 진화하고 수명주기에서 특정 단계에 전념하기 시작하여 몇 가지 세포 유형이 한 번에 존재할 수 있다고 제안했다. Ruiz-Trillo와 그의 동료들은이 소위 시간 간 전환에 대한 추가 증거를 제공했습니다. 일련의 연구에서, 그들은 세포 분화에 관여하는 것들을 포함하여 동물에 고유 한 특정 규제 단백질 패밀리가 이미 훨씬 더 고대의 단세포 친척에 이미 존재한다는 것을 보여 주었다.
.이제 호주 퀸즐랜드 대학교의 결혼 한 해양 생물 학자 인 Sandie Degnan과 Bernard Degnan이 이끄는 연구원 팀은 동물 진화에 대한 이러한 견해에 대한 추가 지원을 제공하면서 전통적인 이론의 기초에서 스윙을하고 있습니다 :Choanoflagellates와 sponge Choanocytes의 진화론 적 연관성.
.보다 유연한 조상
Bernard Degnan은 팀이 프로젝트를 시작했을 때“전통적인] 이론의 뼈에 고기를 넣고 싶었습니다. 그렇게하기 위해, 그들은 선택적 세포 및 다른 종류의 스폰지 세포에서 유전자 발현을 조사한 다음, 그 결과를 Choanoflagellates 및 다른 두 원생 동물에 대한 데이터와 비교했습니다.
.그들은 SPONGE Choanocytes가 Choanoflagellates와 가장 유사한 유전자 발현 프로파일을 가짐을 입증 할 것으로 예상했다. 대신, 그들은 다른 유형의 스폰지 셀이 그랬다는 것을 알았습니다.
고고 세포라고하는 세포 유형은 스폰지의 줄기 세포처럼 작용합니다. 동물이 필요로하는 다른 세포 유형으로 구별 할 수 있습니다. Bernard Degnan에 따르면 고고 세포의 유전자 발현 패턴 중 일부는 특정 수명주기 단계 동안 원생종의 패턴과 유의하게 유사하다. "그들은 조상 규제 시스템을 가지고 있음을 시사하는 유전자를 표현하고있다"고 그는 말했다. "모든 동물은 오래 전에 만들어진 주제에 대한 변형 일뿐입니다."
더욱이, 선택적 세포는 예기치 않게 일시적인 것처럼 보였다. "모든 동물 기원의 기초로 여겨지는 choanocytes는 거의 일시적입니다." "그들은 그 상태에 안정적으로 머물지 않지만, 이러한 줄기 세포, 고고 세포에 빠르게 배열됩니다."
.연구에 관여하지 않은 금에게,이 결과는 스폰지 선택이“동물의 기원을위한 일종의 대리”로 반드시 사용되어야한다는 가장 강력한 증거입니다.
Bernard Degnan은 Choanoflagellates와 Sponge Choanocytes가 Collared, Flagellated Architecture에서 독립적으로 도착했을 가능성이 있다고 생각합니다. Choanoflagellates와 스폰지의 공유 조상에는 고고 세포 또는 다 능성 줄기 세포와 같은 것이있을 수 있습니다. "이것은 다른 세포 유형 사이에서 전달되었으며, 그 세포 유형은 안정적이되었습니다." "그리고 본질적으로 그것이 진정한 다세포를 일으킨 이유입니다." 나중에 동물이 커지고 복잡해지면서 세포는 더 정확하고, 전문화되고, 정체성이 고정되어야했지만, 그 과정에서 다재다능 함을 많이 잃었습니다.
.돌이켜 보면,이 버전의 다세포 기원은 의미가 있습니다. 일부 전문가에 따르면, 우리는 동물 앞에 나온 단일 세포 유기체를 일종의 줄기 세포로 생각할 수 있습니다. 그들은 영원히 나눌 수 있으며, 생식을 포함한 다양한 기능을 수행 할 수 있습니다. 해파리와 같은 다른 초기 동물들은 겉보기에는 조상의 가소성을 많이 보여줍니다.
Ruiz-Trillo는“줄기 세포는 개발, 상처 치유 및 암 연구에서 사람들이 수년간 일해 왔던 것”이라고 Ruiz-Trillo는 말했다. 이제 동물이 어떻게 생겼는지 알기 위해“진화를 이해하는 데 흥미로울 것”이라는 것이 분명 해지고 있습니다.
조정을 향한 경로
모든 사람이 Degnans의 결론에 전적으로 동의하는 것은 아닙니다. 유전자 발현 프로파일로부터 추론을 그리는 것은 그다지 간단하지 않습니다. Burkhardt는“[IT]를 파헤치면 일부 데이터를 완전히 다르게 해석 할 수 있습니다. 유전자 발현의 차이가 반드시 두 가지 세포 유형을 조상 공유로부터 배제 할 필요는 없습니다.
에윈은 동의했다. 그는 그러한 데이터는“특정 시점에서 스냅 샷이다”고 말했다. Choanoflagellates와 Sponge Choanocytes가 지난 7 억 년 동안 스스로 진화하고 있다는 점을 감안할 때, 그것들이 매우 다른 유전자를 발현한다는 것이 합리적입니다.
.DeGnans의 연구에 참여하지 않은 호주 국립 대학의 진화 발달 생물 학자 인 Maja Adamska는 현대 유기체를 비교할 때“손실과 이익의 역사를 가진 동물을보고 있습니다. "당신은 당신의 결과를 지나치게 단순화 할 위험이 있습니다."
그녀는 다른 스폰지 종에 고고 세포가 전혀 없다고 덧붙였다. 대신, 그들의 선택 세포는 이러한 줄기 세포 유사 역할을 수행한다. Adamska는“우리가 [우리가 choanocytes]를 비교했다면 우리는 Choanoflagellates와 더 높은 유사성을 발견했을 것입니다.”
.Adamska는 최초의 동물이 종종 정체성을 바꾸는 줄기 같은 세포의 팬케이크 일 수 있다고 생각합니다. 그녀는 또한 유전자 발현 비교가 Choanoflagellates와 첫 번째 다세포 동물 세포 사이의 진화 적 유대를 배제하지 않는다고 생각합니다. "사실, 나는 나의 조상들이 선택을 가지고 있다고 강력하게 믿는다"고 그녀는 말했다.
동물 다세포의 기원에 대한 두 가지 이론은 상호 배타적이지 않습니다. Adamska는“우리가 페인트하려고하는 마지막 공통 조상에서 Choanoflagellate와 같은 특징과 [시간적 차별화] 기능을위한 장소가 있다고 생각합니다. "모순이 보이지 않습니다." 그녀와 그녀의 동료들은 이제이 아이디어를 더 시험하기 위해 고고 세포가없는 스폰지에서 유전자 발현을 프로파일 링하기 위해 노력하고 있습니다.
결합 된 이론의 힌트는 이미 Burkhardt의 실험실에서 나오고 있습니다. Burkhardt와 그의 동료들은 5 월에 biorxiv.org에 게시 한 사전 인쇄에서 Choanoflagellate 식민지의 세포가 모두 동일하지 않다는 것을 발견했습니다. 그들은 형태와 소기관의 비율이 다릅니다. 그는 이러한 관찰은 공간 세포 분화가 이미 Choanoflagellate 계보에서 발생했으며 아마도 더 일찍 발생했다고 제안했다. 아마도 새로운 아이디어 (차별화 능력이 고대이며 동물 다수성으로의 전환이 점진적이었다) (Choanoflagellate-like-like 셀에서 일어날 수 있음).
따라서 첫 번째 동물이 정확히 어떻게 보이는지에 대한 확실한 대답은 아직 없지만 그림은 명확 해지고 있습니다. Adamska는“우리는 시간의 깊이에 어디에서 왔는지 이해하는 데 더 가까워지고 있습니다. "그리고 나는 그것이 너무 시원하다고 생각합니다."
