發現世界最小的多細胞生物(The Simplest Integrated Multicellular Organism)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯
編譯來源:世界最小の多細胞生物の発掘
目前認為多細胞生物是由單細胞生物進化而來。與綠藻綱群體性的團藻目1親緣關係相近的生物群,從單細胞的單胞藻到500個細胞以上所組成的團藻,存在單細胞生物至多細胞生物的中間物種,因此被認為是研究從單細胞生物進化至多細胞生物的模式生物群。
圖一 : Tetrabaena socialis
來源 : http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/images/47/02-b.jpg
東京大學理學研究所的研究團隊,以解開進化生物學上從單細胞生物轉變為多細胞生物的機制為目的,將研究焦點置於細胞數目最少的群體性團藻目Tetrabaena socialis, 其個體僅由4個細胞組成,是廣泛分佈於世界各地的淡水藻類,4個細胞聚集排列整齊如四葉片型(圖一)。根據最近研究認為,Tetrabaena socialis是群體性團藻當中最初期出現的(距今約2億年前)。
包含Tetrabaena socialis在內的群體性團藻目,其細胞與單細胞生物的單胞藻類似,透過細胞壁結合在一起。但是多細胞生物要成為一完整個體,各細胞都須具有全體的一部分之機能,採取與單細胞生物相異的細胞構造。另外,群體性團藻的生殖細胞,藉由細胞分裂,增殖至與親代相同的細胞數,成為次一世代的子群體。該過程剛分裂完成的子細胞個體間,能互相聯絡,形成多細胞個體的外形結構。在細胞數量較多的群體性團藻,其子細胞間藉由「原生質間橋樑2」結構來進行訊息聯絡。其「個體部分的細胞結構」與「細胞間的聯絡構造」二種不同特徵,被認為是多細胞生物基本且重要的要素。
他們首先確立Tetrabaena socialis的藻類培養方式,並藉由免疫螢光染色法3來觀察染色的特定蛋白質結構,證實該藻類與單胞藻的特徵不同。單胞藻具有旋轉對稱的鞭毛結構,但Tetrabaena socialis 與多細胞生物的群體性團藻相同,具有非旋轉對稱的鞭毛結構,它的4個細胞都各自有多細胞個體的一部分機能。經進一步藉由穿透式電子顯微鏡觀察Tetrabaena socialis 的子細胞發育過程,發現子細胞間藉由「原生質間橋樑」互相聯絡。