颠覆经典理论

　　

根据发表在eLife上的一项最新研究，细胞可以在比以前想象的更广泛的条件下进化出专门的功能。这为自然选择提供了新的见解，并帮助我们理解地球上常见的多细胞生命是如何进化的以及为什么进化了这么多次。

地球上的生命已经被多细胞生命形式的进化所改变。多细胞性使生物体能够发育出特殊的细胞来执行某些功能，例如神经细胞、皮肤细胞或肌肉细胞。长期以来，人们一直认为这种细胞的特殊化只会在有益的情况下发生。例如，如果通过专业化，细胞可以投资于两种产品A和B，那么进化只会在A和B的总产出大于全才细胞生产的产量时才有利于专业化。然而，迄今为止，几乎没有证据支持这一概念。

“与其说每个细胞都能产生它所需要的东西，专业的细胞需要能够相互交易，”美国亚特兰大乔治亚理工学院博士生、文章第一作者David Yanni解释说。“以前的研究表明，只有当整个团队的生产力不断提高时，这种情况才会发生。理解细胞间贸易的演变需要我们了解细胞间的社会互动程度，而这是由细胞间网络的结构决定的。”

为了进一步研究这一点，研究小组利用网络理论开发了一个数学模型，使他们能够探索不同的细胞网络特征如何影响专业化的进化。他们分离出两个衡量细胞群适应性的关键指标——生存能力（细胞的生存能力）和繁殖力（细胞的繁殖能力）。这与多细胞生物在现实生活中如何分工相似——生殖细胞进行生殖，体细胞工作以确保有机体生存。

在这个模型中，细胞可以与其他细胞分享它们在生存能力方面的投资产出，但它们不能分享繁殖努力的产出。因此，在一个多细胞群体中，每个细胞的生存能力是其自身投资和群体中其他细胞投资的回报，并表明了该群体的适应性。

通过研究不同的网络结构是如何影响群体健康的，研究小组得出了一个令人惊讶的结论：他们发现，即使细胞专业化降低了群体的总生产力，细胞专业化也会受到青睐。为了专业化，网络中的细胞必须是稀疏连接的，它们不能平等地分享其劳动的所有产品。这与多细胞生物早期进化中常见的条件相匹配——细胞自然地以不同的方式分享生存能力和繁殖任务，这往往会损害群体中的其他细胞。

美国亚特兰大佐治亚理工学院助理教授、通讯作者Peter Yunker总结说。“我们的研究结果表明，复杂多细胞的进化，由专门细胞的进化所指示，但比以前认为的要简单，前提是要满足一些特定的标准。这与普遍的观点形成了直接对比，即自然选择需要增加回报，以利于专业化程度的提高。”

原文检索：Topological constraints in early multicellularity favor reproductive division of labor

（生物通：伍松）