Flercellet liv opstod 25 gange

Springet fra encellet til flercellet er en af de største bedrifter i livets historie. Men ny forskning afslører, at encellede organismers gener gør springet legende let – så let at de har gjort det igen og igen.

Springet fra encellet til flercellet er en af de største bedrifter i livets historie. Men ny forskning afslører, at encellede organismers gener gør springet legende let – så let at de har gjort det igen og igen.

Jose Manual Canete

En gruppe af algeceller klynger sig til hinanden i en tætpakket, kugleformet klump. Så falder kuglen fra hinanden. De enkelte dele driver væk og begynder hver især at danne nye store, kugleformede klumper. De ellers encellede alger har udviklet en form for primitivt flercellet liv.

Men dette vigtige evolutionære spring tog ikke millioner af år. Det tog 350 dage – og det foregik i et amerikansk laboratorium.

Forskerne bag forsøget, som blev udført i 2017, formåede at tvinge en encellet grønalge til at blive flercellet ved at udsætte den for et glubsk rovdyr: en encellet såkaldt ciliat, der lever af alger.

Tilstedeværelsen af ciliaten betød, at alger, som udviste tendens til at klumpe sammen, havde over dobbelt så stor chance for at overleve som deres ensomme slægtninge.

Da den encellede grønalge Chlamydomonas blev udsat for det mikroskopiske rovdyr Paramecium, udviklede algen hurtigt flercellethed. Den nye flercellede form havde omkring 2,5 gange højere chance for at overleve rovdyrets angreb end den gamle encellede form.

© Boyd et al

Overgangen til flercellethed er en af de vigtigste begivenheder i livets historie, men forsøget med algerne viser, at skridtet er overraskende nemt at tage.

Og fossiler og dna har afsløret, at livet på Jorden har taget skridtet mindst 25 gange – og formentlig langt flere end det. Nu er forskerne tæt på at forstå, hvorfor encellede organismer er som skabt til at arbejde sammen.

Flercellethed lod vente på sig

Stort set alle de livsformer, du ser i din hverdag, er flercellede. Det gælder dig selv, solsorten uden for vinduet, blomsterne i potteplanten og svampene i skoven. Nogle flercellede organismer er ekstremt simple – de består af celler, der har samlet sig i en form for permanent koloni. Andre, som fx dig selv, er langt mere avancerede.

De er blandt andet kendetegnet ved at være i stand til at udvikle et nyt, færdigt afkom ud fra kønsceller. Og deres enkelte celler er højt specialiserede, på trods af at hver celle indeholder præcis det samme dna.

Specialisering betyder, at celler udvikler sig til at varetage særlige opgaver – som nervecellerne, der sender elektriske signaler på tværs af organismen, eller immuncellerne, der beskytter mod sygdom. Landplanter og flercellede svampe har ofte mellem 10 og 20 forskellige celletyper, mens dyr, herunder mennesker, har op til 200.

Forskere har kigget nøje på den enorme mangfoldighed af flercellede organismer på kloden i dag og opdaget, at de har udviklet deres flercellethed uafhængigt af hinanden.

Flercellethed tilbyder organismer som dyr nogle åbenlyse fordele. De kan bevæge sig effektivt, så de kan opsøge optimale miljøforhold, de kan jage, og de kan flygte. Men flercellethed har ikke altid eksisteret, og forskerne ved ikke, præcis hvornår den første flercellede organisme opstod.

Nogle fund tyder på, at meget simple versioner eksisterede allerede for mellem to og tre milliarder år siden. Disse organismer var formentlig grupper af løst samarbejdende celler, der mere minder om algeforsøgets klumper end om dyr, planter og svampe.

Det første avancerede flercellede liv så formentlig dagens lys for mellem 750 og 660 millioner år siden. På det tidspunkt havde encellede livsformer regeret kloden i over tre milliarder år.

Den lange ventetid antyder, at overgangen var svær, men den konklusion stemmer ikke overens med andre beviser.

De tidligste flercellede organismer var meget simple. Her er det den 560 millioner år gamle Dickinsonia tenuis.

© Masahiro Miyasaka

Forskerne har kigget nøje på den enorme mangfoldighed af flercellede organismer på kloden i dag og opdaget, at de har udviklet deres flercellethed uafhængigt af hinanden. Planter, dyr og svampe har udviklet sig fra tre forskellige encellede forfædre.

Og blandt rødalger, grønalger, brunalger og kiselalger er flercellethed opstået mindst fem gange. Nutidens flercellede liv kan spores tilbage til mindst 25 forskellige encellede forfædre – og tallet er formentlig i virkeligheden over 50.

Nu jager forskerne svar på, hvorfor denne enorme eksplosion af flercellet liv var tre milliarder år om at komme i gang.

Fjender skabte sammenhold

Jordens iltniveau var langt lavere end i dag de første tre-fire milliarder år af planetens historie. Først for 850 millioner år siden steg niveauet – kort før flercellet liv for alvor kom op i omdrejninger.

Sammenfaldet har fået nogle forskere til at foreslå, at det lave iltniveau havde holdt flercellet liv tilbage. Men det mener den britiske palæontolog Nicholas Butterfield ikke.

Ifølge ham kunne flercellede organismer nemt have omgået iltmanglen ved at pumpe vand hen over en overflade, der kan optage ilten – ligesom det sker i gællerne hos fisk.

I stedet foreslår Butterfield, at avanceret flercellet liv lod vente på sig, fordi overgangen krævede en omfattende ændring af cellernes koordineringsevne.

I organismer som os selv sørger sådan en evne for, at hver enkelt celle producerer de rigtige proteiner på det rigtige tidspunkt.

Den sikrer, at vores celler kan varetage forskellige opgaver, på trods af at de har det samme dna, at de stopper med at dele sig, når vækst ikke er nødvendig, og at nogle af dem slår sig selv ihjel for at sikre fællesskabets overlevelse.

Video: Sådan fordeler dine celler arbejdet

En svær overgang til bedre koordinering forklarer, hvorfor flercellethed lod vente på sig – men ikke hvorfor den pludselig opstod et væld af gange i forskellige organismer.

Svaret på det spørgsmål er formentlig, at den svære overgang ikke er så svær, når den rigtige evolutionære motivation er til stede. Fordelen ved flercellethed er især, at den beskytter mod rovdyr.

Men i de første tre milliarder år af livets historie var rovdyrene små og simple – der var ikke noget pres på livet for at blive flercellet. Så for cirka 800 millioner år siden opstod et mere avanceret rovdyr, og det fik en lang række andre organismer til at klumpe sammen i selvforsvar.

Tidlige rovdyr, som den 530 millioner år gamle Anomalocaris, satte for alvor gang i de flercellede organismers udvikling.

© Jose Manual Canete

I løbet af en kort periode formåede flere forskellige grupper at tage springet til flercellethed, og den amerikanske biolog Nicole King har måske fundet svaret på, hvorfor det gik så hurtigt.

Ved at undersøge encellede såkaldte kraveflagellater har King og hendes kolleger opdaget, at encellede organismer besidder versioner af mange af de gener, som er essentielle for vores egen flercellethed: Gener, som sørger for, at vores celler sidder sammen med hinanden, kan kommunikere med hinanden eller slå sig selv ihjel for at undgå kræft og andre sygdomme, der truer fællesskabet.

I de encellede organismer bliver generne brugt til andre opgaver som fx at fange føde eller sanse omverdenen, men der skal kun små ændringer til for at ændre deres funktion.

En række proteiner sikrer, at vores krop hænger sammen, og at vores celler arbejder sammen som en helhed. Men mikroskopiske såkaldte kraveflagellater har afsløret, at proteinerne også findes i encellede organismer. Og her tjener de et helt andet formål.

© Claus Lunau

1. Jagtredskab holder dine celler sammen

Kraveflagellater har såkaldte cadheriner (lyse pletter) på overfladen, som bl.a. hjælper dem med at fange bakterier. I vores krop bruges cadheriner i stedet til at holde sammen på cellerne, så vi ikke falder fra hinanden.

©

2. Sanseapparat modtager signaler

For at sanse molekyler i vandet omkring sig bruger kraveflagellater såkaldte tyrosinkinasereceptorer (lysegrøn). Hos os sikrer de samme receptorer, at vores celler kan modtage signaler, fx hormoner, som kroppens andre celler sender.

© Claus Lunau

3. Reparationsværktøj bremser kræft

Proteinet p53 (turkis) sørger både i mennesker og kraveflagellater for at reparere ødelagt dna (rød). Hos os får det desuden celler til at begå selvmord, hvis dna’et ikke kan repareres – dermed forhindrer det beskadigede celler i at udvikle sig til kræft.

Encellede organismer har altså allerede alle de værktøjer, der skal til for at blive flercellede, og derfor er flercellethed opstået igen og igen.

Siden vores egne forfædre tog springet, har de justeret deres gener over millioner af år, så vores krop nu har opnået en næsten ufattelig koordination mellem hver eneste af dens 37 billioner celler. Men forskere har opdaget, at vi en gang imellem oplever tilbagefald til det encellede stadie.

Tilbagefald forklarer kræft

Australske forskere med biologen David Goode i spidsen undersøgte i 2017, hvordan aktiviteten af en række gener i kræftceller afveg fra normalen.

Goode afslørede, at de gener, som har ændret sig mindst siden vores encellede ophav, er meget aktive i kræftcellerne. Omvendt er de gener, som har udviklet sig mere, blevet inaktiveret i kræftcellerne.

Konklusionen er, at kræft opstår, når mutationer nedbryder de mekanismer, som sikrer cellernes koordinationsevne – og i stedet fremmer de selviske mekanismer, der er nødvendige for en encellet organisme.

Kræftceller deler sig ude af kontrol og ødelægger det raske væv omkring sig.

© Shutterstock

Kræft er en overgang fra flercellethed til encellethed, og kræftcellerne opfører sig som encellede snyltere, der angriber vores krop.

Nogle sjældne kræftformer, fx den såkaldte Stickers sarkom, som rammer hunde, er endda i stand til at sprede sig fra en krop til en anden via seksuel kontakt – ligesom fx gonorré og andre bakterier.

Forskerne er i de seneste år blevet langt klogere på vores forfædres overgang fra encellethed til flercellethed.

Men det står nu klart, at deres opdagelser kan mere end at fortælle os om fortiden: De kan hjælpe os med at forstå, hvordan vores celler kan falde tilbage til encellethed, og dermed bidrage til fremtidens behandlinger mod kræft.