从一到多多细胞性如何进化

简易的生命分类图

生命在最初阶段是单细胞形式，亿万年后的今天，由多细胞组成的植物、动物、真菌个体广泛存在。尽管引起多细胞化的途径很多，但主要目的都是为了节省能量、生存与繁衍。但多细胞性是如何进化的呢?

来自康奈尔大学的植物进化学家Karl Niklas对于植物在亿万年的时间内如何改变，尤其是尺寸、形状、结构与繁殖等方面抱有极大的兴趣，他在《美国植物学志》上发表了一篇综述文章，介绍了植物的多细胞性是如何获得的，以及有哪些因素推动和限制多细胞性。

Niklas在学生时代对数学很感兴趣，后来由于植物的“类数学结构”转而研究植物。他说，多细胞性是进化最基本的结果，它能用数学来描述，在不同的植物谱系中，多细胞性发生过多次。确实，科学家都赞成在多个分枝中发生多次多细胞化的观点。如果采用多细胞性最为宽松的定义，即细胞的聚集，那么它至少在25个谱系中发生过;而如果采用最严格的定义，即细胞间需要产生联系、交流与合作，那么它也在动物中发生了1次，真菌中3次，藻类中6次，细菌中多次。多细胞性可以通过表型自然选择与特征结合来获得，换句话说，如果细胞能够通过各种机制与途径粘合在一起，且结果是使生命体生存得更好、繁殖更多后代，那么这一方式就是可行的。

Niklas清楚地表示，自然选择作用与各种不同特征，使得多细胞性能够利用不同机制与途径以及细胞不同特征发生多次。但要满足多细胞性的进化，也需要许多必要条件，包括细胞必须粘合在一起，互相交流与合作，细胞必须分工明确，为了保证事情发展顺利，细胞间一定不能互相排斥，它们必须在基因程度上贴合，这被称为“协调校准”(alignment-of-fitness)。有趣的是，这种贴合性需要一个单细胞阶段，就是当有机体只由一个细胞组成时，如孢子、合子或单核无性繁殖体，这一阶段非常必要，它能保证所有的衍生细胞分享相同的基因物质。

“协调输出”(export-of-fitness)是多细胞性进化的第二个必要阶段，它要求细胞工作在一起，以完成复制更多单元和个体的任务。一旦这项任务完成，一个明确的有机体的表型即存在了。

在植物、动物、真菌和藻类中，细胞间的聚合与交流是如何做到的呢?其中最重要的一方面就是它们都会经历一系列相似的途径来形成多细胞个体。Niklas说，条条道路通罗马这句谚语可以用来总结这种进化过程，但最后，罗马却已不是最初的那个罗马了。事实上，这些过程在理论上可用进化阶段模型图来展示，从单细胞到集群再到多细胞，这个过程在藻类、陆生植物和动物身上都能看到。同时，Niklas还假设了另一种进化途径，由一个含多核的单细胞开始(如从单管生物到多细胞体)，这种假设能在一些真菌和细菌中找到证据。他总结道，这样的总结使我现在更关注“合作”，因为多细胞需要在一起工作，你不能欺骗细胞，否则就会像癌症细胞那样杀死整个有机体。(化石网/歆塬 编译)

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