Flercelligt liv uppstod 25 gånger

Övergången till flercellighet är en av de viktigaste händelserna i livets historia, men försöket med algerna visar att steget är förvånansvärt lätt att ta.

Fossil och dna har avslöjat att livet på jorden har tagit steget minst 25 gånger – och troligtvis betydligt fler än så. Nu är forskarna nära att förstå varför encelliga organismer är som gjorda för att samarbeta.

Flercellighet dröjde

I stort sett alla de livsformer som du ser i din vardag är flercelliga. Det gäller dig själv, koltrasten utanför fönstret, blommorna i krukan och svamparna i skogen. En del flercelliga organismer är extremt enkla – de består av celler som har samlats i en sorts permanent koloni. Andra, som exempelvis du själv, är långt mer avancerade.

De kännetecknas bland annat av att de kan utveckla en ny, färdig avkomma utifrån könsceller. Och deras enskilda celler är högspecialiserade, trots att varje cell innehåller exakt samma dna.

Specialisering betyder att celler utvecklas för att sköta speciella uppgifter – nervcellerna skickar exempelvis elektriska signaler tvärs genom organismen, och immuncellerna ger skydd mot sjukdomar. Landväxter och flercelliga svampar har ofta mellan tio och 20 olika celltyper, medan djur – inklusive människor – har upp till 200.

Flercellighet ger organismer en del uppenbara fördelar. De kan jaga, fly och förflytta sig effektivt, så att de kan söka upp en optimal livsmiljö. Men flercellighet har inte alltid existerat och forskarna vet inte exakt när den första flercelliga organismen uppstod.

Vissa fynd tyder på att mycket enkla versioner existerade redan för mellan två och tre miljarder år sedan. Dessa organismer var troligen grupper av löst samarbetande celler som påminner mer om algförsökets klumpar än om djur, växter och svampar.

Det första avancerade flercelliga livet såg troligen dagens ljus för mellan 750 och 660 miljoner år sedan. Vid den tiden hade encelliga livsformer regerat på jorden i mer än tre miljarder år.

Den långa väntetiden tyder på att övergången var svår, men den slutsatsen överensstämmer inte med andra bevis.

Forskarna har noga studerat den enorma mångfalden av flercelliga organismer på jorden i dag och upptäckt att de har utvecklat sin flercellighet oberoende av varandra. Växter, djur och svampa har utvecklats från tre olika encelliga förfäder.

Och bland rödalger, grönalger, brunalger och kiselalger har flercellighet uppstått minst fem gånger. Dagens flercelliga liv kan spåras tillbaka till minst 25 olika encelliga förfäder – och siffran ligger troligen i själva verket över 50.

Nu jagar forskarna svaret på varför det tog tre miljarder år för denna enorma explosion av flercelligt liv att ta fart.

Fiender skapade sammanhållning

Under de första tre–fyra miljarder åren av planetens historia var jordens syrenivå betydligt lägre än i dag. Först för 850 miljoner år sedan steg nivån – kort innan flercelligt liv på allvar började få fotfäste.

Detta sammanträffande har fått en del forskare att föreslå att den låga syrenivån höll tillbaka flercelligt liv. Det tror däremot inte den brittiske paleontologen Nicholas Butterfield.

Enligt honom kunde flercelliga organismer lätt ha kringgått syrebristen genom att pumpa vatten över en yta som kan ta upp syret – precis som i gälarna hos fiskar.

I stället tror Butterfield på att avancerat flercelligt liv dröjde på grund av att övergången krävde en omfattande förändring av cellernas koordinationsförmåga.

I organismer som vi själva leder denna förmåga till att varje enskild cell producerar rätt proteiner vid rätt tidpunkt.

Den säkerställer att våra celler kan sköta olika uppgifter trots att de har samma dna, att de slutar dela sig när tillväxt inte längre är nödvändig och att en del av dem begår självmord för gruppens överlevnad.

Video: Så fördelar dina celler arbetet

Övergång till bättre koordination var svår och det förklarar varför flercellighet dröjde – men inte varför den plötsligt uppstod flera gånger i olika organismer.

Svaret på den frågan är troligen att den svåra övergången inte är så svår när rätt evolutionära motivation finns. Fördelen med flercellighet är främst att den skyddar mot rovdjur.

Men under de första tre miljarder åren av livets historia var rovdjuren små och enkla – det fanns ingen press på livet att bli flercelligt. Men för cirka 800 miljoner år sedan uppstod ett mer avancerat rovdjur, vilket fick ett stort antal andra organismer att klumpa ihop sig i självförsvar.

Under en kort period lyckades flera olika grupper ta steget till flercellighet och den amerikanska biologen Nicole King har eventuellt hittat svaret till varför det gick så snabbt.

Genom att undersöka så kallade kragflagellater har King och hennes kolleger upptäckt att encelliga organismer besitter versioner av många av de gener som är oumbärliga för vår egen flercellighet: Gener som ser till att våra celler sitter ihop med varandra, kan kommunicera med varandra eller begå självmord för att undvika cancer och andra sjukdomar som hotar gemenskapen.

I de encelliga organismerna används generna till andra uppgifter, som exempelvis att fånga föda eller förnimma omvärlden, men det krävs bara små förändringar för att ändra deras funktion.

Encelliga organismer har alltså redan alla verktyg de behöver för att bli flercelliga och därför har flercellighet uppträtt om och om igen.

Sedan våra egna förfäder tog steget har de justerat sina gener under miljontals år, så att vår kropp nu har uppnått en ofattbar koordination mellan varenda en av dess 38 biljoner celler. Men forskare har upptäckt att vi då och då upplever tillbakagångar till det encelliga stadiet.

Tillbakagång förklarar cancer

Australiensiska forskare med biologen David Goode i spetsen studerade 2017 hur aktiviteten hos ett antal gener i cancerceller avvek från normen.

Goode avslöjade att de gener som har förändrats minst sedan vårt encelliga upphov är mycket aktiva i cancerceller. Samtidigt har de gener som är mer utvecklade inaktiverats i cancercellerna.

Slutsatsen är att cancer uppstår när mutationer bryter ned de mekanismer som säkerställer cellernas koordinationsförmåga – och i stället främjar de själviska mekanismer som är nödvändiga för en encellig organism.

Cancer är en övergång från fler- till encellighet, och cancercellerna uppför sig som encelliga snyltare som angriper vår kropp.

En del sällsynta cancerformer, exempelvis den så kallade Stickers sarkom som drabbar hundar, kan även sprida sig från en kropp till en annan via sexuell kontakt – som exempelvis gonorré och andra bakterier.

Forskare har på senare år förstått mycket mer om hur våra förfäder övergick från encellighet till flercellighet.

Men det står nu klart att deras upptäckter kan ge oss mer än enbart kunskap om urtiden: De kan hjälpa oss att förstå hur våra celler kan återgå till encellighet och därmed bidra till framtidens behandlingar mot cancer.