現(xiàn)代動物(包括人類)是由數十億個共同工作的細胞組成的極其復雜的生物。這些復雜的多細胞生物是從簡單得多的生物演化而來的，而這些生物又是從單細胞祖先演化而來的。根據基因組和化石數據，在進化過程中，從單細胞生物向多細胞性的過渡獨立發(fā)生了幾次。是什么促使這種向多細胞性的轉變?來自萊頓大學和阿姆斯特丹大學的研究人員在科學期刊eLife上發(fā)表了這種轉變的可能解釋。

Enrico Sandro Colizzi是萊頓大學數學研究所的博士后。在這項研究中，他與阿姆斯特丹大學和Roeland Merks的Renske Vroomans，萊頓生物研究所數學生物學教授和萊頓大學數學研究所一起工作。他們都隸屬于起源中心，該中心是研究生命，行星和宇宙起源和進化的平臺，由荷蘭研究議程資助。他們共同開發(fā)了一個數學模型，其中數字單細胞得以進化。Colizzi：“在我們的模型中，細胞必須找到合適的復制位置。細胞必須通過化學追蹤找到該位置。這在活細胞中很常見，例如，細胞粘液霉菌盤基網柄菌就可以做到這一點。”研究人員發(fā)現(xiàn)，當化學痕跡非常微弱時，細胞無法非常有效地找到繁殖點。

然后，研究人員更改了模型的設置，以使細胞粘在一起形成原始的多細胞生物，即Colizzi稱之為“斑點”的生物。Colizzi說，接下來發(fā)生的事情非常了不起：“即使在路徑模糊的時候，這個斑點仍然能夠嗅到資源的蹤跡并迅速找到它們。”

當細胞處于多細胞群中時，它們可以共同完成某些個別細胞無法做到的事情。Colizzi認為發(fā)生這種情況是因為單元格可以糾正大量錯誤，“如果單個單元格找不到路徑，它將丟失，但如果組中的某個單元格找不到路徑，它將跟隨可能的單元格。”

接下來，研究人員通過進化模擬對細胞進行了研究。在這些模擬中，細胞可以粘在一起或保持單細胞狀態(tài)。再一次，多細胞性得到了發(fā)展，因為這是找到合適繁殖場所的一種更有效的方法。研究人員想知道，如果該位置發(fā)生如此頻繁的變化以至于多細胞斑點找不到它會發(fā)生什么。Colizzi解釋說：“當斑點無法找到繁殖點時，多細胞性就不會進化。細胞仍然是單細胞的。”

Colizzi認為，通過保留單細胞，細胞可以分散，盡管它們無法通過嗅探找到合適的空間，但有些細胞會因為運氣而找到它們。“地球上大多數生命是單細胞的。但是多細胞性可以進化，因為在正確的位置定位成組的細胞要比單細胞快?？吹竭@種情況令人感到意外。”