一种常见的真菌在短短几年内进化成 20,000 倍大：

什么在 2018 年开始是单细胞，人眼看不见，现在已经演化成跳蚤大小的多细胞野兽。

一项对啤酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) 的持续研究突变为“雪花”酵母并保持附着在簇中，这表明经过数千代的精心选择后，微观单细胞生物会发生什么。

当佐治亚理工学院的研究人员选择最大和最快的-他们培养了来自五个种群的酵母簇，一代又一代，培养出一种包含超过 50 万个克隆细胞的生物体——比其祖先大 20,000 倍。

这些发现是持续多细胞进化的无与伦比的例子。

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“通过了解单细胞生物进化的规模，我们可以弄清楚它们是如何进化成越来越复杂和完整的多细胞生物的，并且可以研究这个过程，”进化论解释说来自佐治亚理工学院的生物学家 William Ratcliff。

从约 100 个细胞进化而来的雪花酵母每个簇（左管）接近半百万每个簇的狮子细胞（右管）。 （Bozdag 等人，Nature，2023 年）

今天，有证据表明地球上的生命起源于大约 35 亿年前的单细胞生物。

然而，对于孤立的细胞看起来如何，我们知之甚少并且在大约 2 到 30 亿年前演变成具有能够协调活动的专门组织的多细胞生命形式。

雪花酵母的实验现在正在帮助专家们尝试和复述这个故事。

这项研究称为多细胞长期进化实验 (MuLTEE)，研究人员希望将其运行数十年。第一个重大发现是在 3,000 代进化之后出现的。

研究人员表示，个体酵母种群已经从“比明胶弱”的物质转变为“具有木材强度和韧性”的物质。

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“我们发现有一种全新的物理机制可以让这些群体成长到如此巨大的规模，”进化生物学家 Ozan Bozdag 解释说。

首先，实验中的酵母细胞进化出更大的分支，降低了生物体的整体密度。

然后，分支相互缠绕在一起，形成类似于现代凝胶稠度的簇。

最终，这种新结构使生物体比其单细胞祖先坚韧 10,000 倍。不再像雪花那样了。

使用电子显微镜发现的进化雪花酵母的内部模型.（Bozdag 等人，《自然》，2023 年）

“酵母的分支缠绕在一起，”Bozdag 解释说，“簇状细胞演化出类似藤蔓的行为，相互缠绕并加强了整个结构。”

实验的另一个重要发现涉及氧气在限制进化进程中的作用。

在地球的年轻时期，氧气供应不足。直到一种特殊类型的细菌 ‘数十亿年前，多细胞生命形式被认为已经真正起飞。

实验室中雪花酵母的进化支持这样一种观点，即氧气是第一个多细胞生命形式的重要制约因素地球上的生命形式。在实验中，只有不依赖氧气产生能量的酵母菌种群才能够能够进化到如此大的尺寸。

另一方面，需要氧气的酵母菌群被迫在其所有细胞之间分配供应，这就产生了额外的生长成本。

科学家说，这些发现强调了“氧气水平在多细胞大小进化中的关键作用。”

“我真的很高兴有一个模型系统，我们可以在其中进化早期的多细胞生命几千年来，利用现代科学的强大力量，”Ratcliff 说。

“原则上，我们可以理解正在发生的一切，从进化细胞生物学到直接选择的生物物理学特征”

观察这种酵母在未来几年会发生什么，将会很有趣。

这项研究发表在《自然》杂志上。