زمانی که باکتری‌ها نقش موجودات چندسلولی را بازی می‌کنند

بر اساس برخی شواهد که مورد بحث قرار گرفته‌اند، این نوع حیات حدود ۱.۲ میلیارد سال پیش یا حتی زودتر پدید آمده است. بحث‌ها تنها به زمان پیدایش حیات چندسلولی محدود نمی‌شود، بلکه مکانیزم‌های پشت این تحول نیز محل پرسش‌اند. پژوهش‌های جدید از این نظریه حمایت می‌کنند که حیات چندسلولی زمانی آغاز شد که باکتری‌های تک‌سلولی شروع به گردهم آمدن کردند.

نظریه‌ی کلونی (Colonial Theory) می‌گوید که سلول‌های هم‌نوعِ تک‌سلولی در کنار هم زندگی کردند و با این کار مزایای تکاملی به‌دست آوردند. با گذر زمان، این سلول‌ها به هم چسبیدند و پیوند دائمی یافتند. سپس شروع به تبادل سیگنال‌های شیمیایی کردند و نقش‌های تخصصی به خود گرفتند. در نهایت، این سلول‌ها دیگر قادر به ادامه‌ی زندگی مستقل نبودند و کاملاً به هم وابسته شدند.

دانشمندان تنها یک نوع باکتری تک‌سلولی را می‌شناسند که بدون مرحله‌ی تک‌سلولی در چرخه‌ی زندگی خود، صرفاً با گردهمایی و به‌صورت گروهی زنده می‌ماند. به این باکتری‌ها «باکتری‌های مغناطیسی چندسلولی» یا MMB گفته می‌شود. واژه‌ی مغناطیسی به این معناست که این باکتری‌ها برای حرکت و جهت‌گیری از میدان مغناطیسی زمین استفاده می‌کنند. این باکتری‌ها نمونه‌ای از چندسلولی بودن اجباری هستند، یعنی به‌هیچ‌وجه نمی‌توانند به‌صورت تنها زندگی کنند.

مطالعه‌ی این باکتری‌ها دشوار است زیرا در شرایط آزمایشگاهی قابل کشت نیستند و بیشتر اطلاعات دانشمندان از طریق مشاهدات به‌دست آمده است. در پژوهشی که در نشریه PLOS Biology منتشر شده و بودجه‌ی آن را ناسا تأمین کرده، ساختار ژنتیکی این باکتری‌ها بررسی شده و یافته‌هایی شگفت‌انگیز به دست آمده است. به‌نظر می‌رسد MMB بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی‌اند که پیش‌تر تصور می‌شد.

عنوان این پژوهش چنین است:
«باکتری‌های مغناطیسی چندسلولی، مجموعه‌هایی ژنتیکی ناهمگن با سلول‌هایی دارای تمایز متابولیکی هستند»
نویسنده‌ی اصلی مقاله جرج شایبل از دپارتمان شیمی و بیوشیمی دانشگاه ایالتی مونتاناست.

پژوهشگران می‌نویسند:
«مجموعه‌های باکتری‌های مغناطیسی چندسلولی (MMB) در حال حاضر تنها نمونه‌ی شناخته‌شده‌ی باکتری‌هایی هستند که مرحله‌ی تک‌سلولی در چرخه‌ی زندگی خود ندارند. برای مطالعه‌ی دقیق‌تر زیست‌شناسی این ارگانیسم‌های منحصر به‌فرد، از چند روش مستقل از کشت آزمایشگاهی برای تحلیل ژنوم و فیزیولوژی آن‌ها در سطح سلول منفرد استفاده کرده‌ایم.»

این مطالعه نشان می‌دهد که سلول‌های MMB یکسان نیستند؛ بلکه هر سلول دارای نقشه‌ی ژنتیکی کمی متفاوت است. این ویژگی، آن‌ها را از سایر باکتری‌هایی که فقط به‌صورت تجمع سلول‌های یکسان عمل می‌کنند، متمایز می‌کند. برای مثال، کلونی‌های سیانوباکترها که ساختارهای استروماتولیت را شکل می‌دهند، هرچند جمعی‌اند، اما هر کدام از سلول‌هایشان می‌توانند به‌صورت مستقل زنده بمانند؛ در حالی که MMB نمی‌توانند.

پژوهشگران نوشته‌اند:
«ما ژنوم ۲۲ کنسرسیوم MMB را به‌طور جداگانه توالی‌یابی کردیم که نماینده‌ی ۸ گونه‌ی جدید هستند، و تنوع ژنتیکی موجود در هر کنسرسیوم را اندازه‌گیری کردیم. این کار نشان داد که برخلاف دیدگاه‌های رایج، سلول‌های داخل کنسرسیوم‌های MMB همسان نیستند.»

همچنین، آن‌ها دریافتند که هر یک از سلول‌ها درون یک کنسرسیوم MMB عملکرد متفاوتی دارند. این نقش‌های متفاوت به بقای گروه کمک می‌کند. اگرچه این سلول‌ها در قالب یک ارگانیسم یکپارچه عمل نمی‌کنند، اما عملکرد آن‌ها بسیار شبیه به سلول‌های تخصص‌یافته در موجودات چندسلولی پیچیده مثل انسان است — مانند سلول‌های چربی یا مغز استخوان.

پژوهشگران توضیح داده‌اند:
«ما نشان دادیم که کنسرسیوم‌های MMB، احیاکننده‌های سولفات میکسوتروف (ترکیبی از تغذیه‌های مختلف) هستند و بین سلول‌ها تمایز متابولیکی وجود دارد. این یافته نشان می‌دهد که کنسرسیوم‌های MMB پیچیده‌تر از آن چیزی هستند که قبلاً تصور می‌شد.»

این پژوهش دیدگاه‌های گسترده‌تری را درباره‌ی درک ما از حیات چندسلولی ارائه می‌دهد. می‌دانیم که چندسلولی بودن در تبارهای مختلف به‌وجود آمده و سرانجام به شکل‌گیری گیاهان، جانوران و قارچ‌ها منجر شده است. دانشمندان برای این فرآیند سه مرحله‌ی کلی در نظر می‌گیرند: چسبیدن سلول‌ها به یکدیگر، ارتباط سلولی، همکاری، تخصص‌یافتگی، و در برخی موارد، گذار از چندسلولی ساده به چندسلولی پیچیده.

از زمانی که حیات چندسلولی پدید آمد، زمین دیگر مثل قبل نبود. ظهور آن زنجیره‌ای از تحولات را در پی داشت: گونه‌های جدید پدید آمدند، زیستگاه‌ها و شبکه‌های غذایی تازه شکل گرفتند، جو زمین تغییر کرد، چرخه‌ی کربن و شیمی‌زیستی سیاره دگرگون شد و مسیر تکامل تغییر کرد.

البته دانشمندان هنوز بر سر اینکه آیا MMB واقعاً موجودات چندسلولی هستند یا نه، اختلاف‌نظر دارند. موضوع پیچیده است. بیشتر زیست‌شناسان آن‌ها را نوعی «چندسلولی ساده» یا «بدوی» توصیف می‌کنند. از این نظر، MMB ممکن است مرحله‌ای میانی بین ارگانیسم‌های تک‌سلولی و موجودات چندسلولی واقعی باشند.

این پژوهش پرتویی بر چگونگی ظهور چندسلولی بودن افکنده است. چون MMB تنها باکتری‌هایی هستند که اجباراً چندسلولی‌اند — یعنی نمی‌توانند به‌تنهایی زنده بمانند یا تولیدمثل کنند — شاید آن‌ها تصویری از نخستین گام‌های زندگی روی زمین در مسیر عبور از تک‌سلولی بودن به چندسلولی بودن را به ما نشان می‌دهند.