Wie weit kann die Natur die Individualität ausdehnen?

How Far Can Nature Stretch Individuality?

Wenn Menschen sterben, stirbt unser ganzer Körper mit uns. Das Herz hört auf zu pumpen; der Darm hört auf zu verdauen; Jede Zelle, die den genetischen Bauplan einer Person trägt, erlischt schließlich, bis ihre molekulare Signatur erloschen ist. Das ist der Fluch der Menschen – wirklich der meisten Tiere‘– mehrzelliger Aufbau: Die Zellen in unserem Körper sind so spezialisiert, so voneinander abhängig, dass ihre Schicksale sogar im Tod aneinander gereiht sind.

Mehrzelligkeit muss sich jedoch nicht auf diese Weise manifestieren. Nur ein Hüpfer, Hüpfer und ein Sprung rüber von uns auf den Baum des Lebens sind das Choanoflagellaten– kleine Meeres- und Süßwasserlebewesen, ungefähr so ​​groß wie Hefe. Choanoflagellaten erscheinen gewöhnlich als einzelne Zellen mit einem langen, peitschenden Schwanz, einem bauchigen Kopf und einem Rüschenkragen, ähnlich wie mein Kollege Ed Yong hat es einprägsam beschrieben, „ein Sperma, das einen Rock trägt.“ Aber unter den richtigen Bedingungen können Choanoflagellaten auch zu vielzelligen Körpern erblühen und einzelne Zellen zu einzelnen Einheiten zusammenfügen, die mit etwas Augenzwinkern und Vorstellungskraft merkwürdige Ähnlichkeiten mit den Körpern von Tieren aufweisen. Ihre Körper sind, wie unsere, normalerweise durchweg genetisch identisch; Ihre Körper können sich wie unsere biegen und beugen, als ob sie aus sich bewegenden Muskeln bestehen würden. Ihre Körper, wie unsere, können sogar beherbergen winzige Bakteriengemeinschaften das kann ihnen helfen zu überleben.

Wenn Choanoflagellat-Körper auseinandergeblasen oder in Scheiben geschnitten werden, bluten sie jedoch nicht oder zerfallen in fleischige Stücke, wie es bei uns der Fall ist. Sie lösen sich wieder in einzelne Zellen auf, von denen jede nun frei ist, sich von ihren ehemaligen Landsleuten zu entfernen und sich selbstständig zu machen. Es gibt keine theoretische Grenze für diese Widerstandsfähigkeit, sagten mir Experten: Würde ein Raubtier 99 Prozent einer Choano-Koalition verbrauchen, könnten alle verbleibenden einzelnen Zellen bestehen bleiben – das grobe Äquivalent eines einzelnen menschlichen Fingers, der von einer Explosion übrig geblieben ist und wegkriecht, um zu starten Existenz neu.

In einem einzigen Leben kann ein Choanoflagellat „seine Art der Interaktion mit der Umwelt auf wirklich grundlegende Weise vollständig ändern“, sagt Nicole King, Choanoflagellat-Biologin an der UC Berkeley. Es kann seine Mittel verschieben Sein in dieser Welt. Diese flexible Form der Vielzelligkeit ist keine, die die tierische Abstammungslinie beibehalten hat, aber ihre Existenz könnte dennoch viel über unsere Herkunft verraten. Das Studium dieser kleinen Kreaturen hat dazu beigetragen, die Vorstellung der Menschen von komplexen Körpern neu zu gestalten, sogar was es bedeutet, ein Mensch zu sein Individuell– eine Vorstellung, die jedes Mal in Frage gestellt wird, wenn sich eine Zelle erfolgreich von dem Körper trennt, zu dem sie einst gehörte.

Für jede Kreatur, die es schaffen kann, gehört die Verwaltung der Mehrzelligkeit dazu offensichtliche Vorteile. Größere Körper bewegen sich schneller, nutzen Nährstoffe effizienter und widerstehen den Stressoren des Lebens leichter; Sie sind Schwerer für Raubtiere zu schlucken und besser darin, Beute zu jagen. Die Vielzelligkeit hat sich im Laufe der Evolution als solche Wohltat erwiesen, die ihr zugetraut wird bis zu 25 Mal aufgetreten– vielleicht mehr – in den letzten 800 Millionen Jahren oder so, wodurch die heutige Fauna, Flora, Pilze und mehr in all ihren wilden und wundersamen Formen entstanden sind. Aber die modernen Mitglieder der tierischen Abstammungslinie – Millionen und Abermillionen von Arten, die huschen und fliegen und sprinten und schwimmen und sich winden und kriechen – können alle ihre Ursprünge auf einen Singular zurückführen uni-zu-multi Schalter. „Alle sind sich einig, dass sich die Vielzelligkeit bei Tieren einmal entwickelt hat“, sagt Pawel Burkhardt, Neurobiologe an der Universität Bergen in Norwegen.

Wie unsere Vorfahren das geschafft haben, bleibt jedoch ein großes Rätsel. Choanoflagellaten bieten einen entscheidenden Hinweis. Die Kreaturen gelten weithin als die nächsten lebenden einzelligen Verwandten der Tiere: ein Schwesterzweig am Baum des Lebens, der neben unserem aufgewachsen ist. Diese Positionierung macht Choanoflagellaten zu einem der besten modernen Einblicke in den Zweig, aus dem die Tierlinie einst hervorgegangen ist, sagt Flora Rutaganira, eine Biologin an der Stanford University.

Mehr als 100 Arten von Choanoflagellaten wurden bisher von Wissenschaftlern identifiziert. Soweit Experten das beurteilen können, sind die Kreaturen in vielen Situationen recht damit zufrieden, auf sich allein gestellt zu bleiben. In ihrem standardmäßigen einzelligen Zustand verbringen sie ihre Tage damit, zu schwimmen und sich von Bakterien zu ernähren; Wenn es an der Zeit ist, mehr aus sich zu machen, verdoppeln einzelne Choanos ihre Größe und werden dann sauber in zwei Teile geteilt. Manchmal entscheiden Choanos jedoch, dass ein einsames Leben nicht ausreicht. Anstatt sich nach der Teilung vollständig zu trennen, bleiben neugeborene Zellen, die sich möglicherweise einmal entfernt haben, aneinander gebunden. Bei der Sorte Salpingoeca rosetta, sogar die Innereien der Zellen können miteinander verbunden seinein bisschen wie eine Nabelschnur zwischen Eltern und Kind, die nie ganz durchtrennt wird.

Durch Wiederholung dieses Vorgangs können Choanoflagellat-Kolonien anschwellen um Dutzende, sogar Hunderte von Zellen zu enthalten, sagte mir King, und eine Menagerie von Formen anzunehmen. Wie Thibaut Brunet, ein Biologe am Institut Pasteur in Paris, herausgefunden hat, mögen einige die Akrobatik Choanoeca flexakann montieren hinein becherförmige Kolonien bei viel Licht; Ein Eintauchen in die Dunkelheit veranlasst die Gruppen, sich umzudrehen, sodass ihre wackeligen Enden nach außen statt nach innen zeigen, eine Konformation, die es der Clique erleichtert, zu schwimmen. Andere Arten, einschließlich S. Rosetta, Blüte in die klumpige Rosetten die ihnen ihren Namen geben, wenn sie in Anwesenheit von sind bestimmte Bakterienarten. Werfen Sie einen vorsichtigen Blick auf einige dieser kugelähnlichen Kolonien, sagte mir King, und sie könnten Ihnen ein wenig bekannt vorkommen: Grob und thematisch sehen sie fast wie tierische Embryonen aus, die sich zu Körpern aufblähen und bereit sind, geboren zu werden.

Kolonien von Choanoflagellaten sind nicht wirklich für die Ewigkeit gebaut. Im Labor können Wissenschaftler Kolonien zerstreuen, indem sie sie schütteln oder aushungern lassen und sie sogar durch einen engen Raum quetschen. Was einmal ein Körper war, „zerfällt“ dann in seine zellulären Bestandteile, sagte Burkhardt, als wäre es nie ganz. Dieses Umschalten ist eine unheimliche Fähigkeit und eine mächtige. So groß wie große Körper sein können, sind sie auch schwerfällig, besonders wenn das Essen knapp wird. Einzelne Zellen sind mit begrenzten Nährstoffen leichter zu sättigen und vermehren sich schneller; Sie sind anpassungsfähiger an sich ändernde Bedingungen, weil sie nicht warten müssen, bis Dutzende ihrer Kameraden „einen Konsens finden“, sagte Rutaganira zu mir. Das Massensterben auf der Erde hat große Tiere unverhältnismäßig stark getroffen, während die schnellen und kleinen Tiere verschont bleiben, sagt Pedro Márquez-Zacarías, Evolutionsbiologe am Santa Fe Institute.

Solche flexiblen Strategien könnten eine seltsame Art sein, über Vielzelligkeit nachzudenken, zumindest für Menschen, deren Vorstellungen sich an die Eigenschaften unseres eigenen Körpers heften: stabil, co-abhängig, aus Zellen zusammengesetzt, die nur überleben können, wenn sie Teil eines größeren Ganzen sind . So hatte King das Konzept zum ersten Mal, als sie vor mehr als einem Jahrzehnt ihr Labor gründete. Aber jetzt „habe ich gesehen, dass Mehrzelligkeit entlang eines Kontinuums existiert“, sagte sie mir. Zusammenarbeit kann sich auf vielfältige Weise manifestieren, von vorübergehenden Zugehörigkeiten – zellulärer Smalltalk – bis hin zu dauerhaftem gegenseitigem Vertrauen.

Die Vorstellungen der Menschen von Unabhängigkeit wurden schon früher in Frage gestellt. Supersoziale Wesen wie Bienen und Nacktmulle beispielsweise leben in so engen Familiengesellschaften, dass sie nur als Kollektiv funktionieren können; Tierdärme beherbergen geschäftige Gemeinschaften von Mikroben, die sich zusammen mit ihren Wirten entwickeln. (Zufällig oder nicht so zufällig scheinen auch bestimmte Choanos dazu in der Lage zu sein Unterbringung eines maßgeschneiderten Mikrobioms in Kolonieform, wie z ein Team, das jetzt von Alain Garcia de las Bayonas von UC Berkeley geführt wird, hat gefunden.) Es ist nicht ungewöhnlich, sich zu drehen viele hinein eines. Aber Choanos gehören zu den Kreaturen, die diese Erzählung umdrehen und die existierenden Welten befragen innerhalb uns. Wenn sie sich in Kolonien befinden, werden sie als Individuen hergestellt hoch von Einzelpersonen; Wenn sie zersplittern, machen sie aus einem viele. Die Selbstdefinition von Choanoflagellaten „kann auf mehreren Stapelebenen existieren, wie russische Puppen“, sagt María Rebolleda-Gómez, eine Biologin an der UC Irvine. Solange natürliche Auslese und Evolution auf eine Einheit einwirken können – eine Gruppe, eine Kreatur, eine Zelle, ein Gen –, lauert wohl ein Individuum darin.

Im Vergleich dazu mag sich die obligate Vielzelligkeit des Menschen streng und erstickend anfühlen. Aber wir sollten es wahrscheinlich nicht sein zu neidisch. Eine Kreatur, die „viele Zellen hätte, die jederzeit entscheiden könnten, von selbst loszugehen, hätte eine Menge Probleme“, sagt Iñaki Ruiz-Trillo, Biologe an der Catalan Institution for Research and Advanced Studies in Spanien – a eine Art Horrorfilm im Entstehen. So etwas passiert mit Krebs, bei dem Zellen anfangen, sich von ihren Kollegen abzunabeln, sagte mir Márquez-Zacarías. Es ist mikroskopischer Verrat, ein Bruch des impliziten vielzelligen Pakts: Einzelne Zellen erlangen die Art von Autonomie zurück, die sie einst verloren haben.

Die menschliche Vielzelligkeit funktioniert am besten, wenn sie durch unzählige gesellschaftliche Wohltaten aufrechterhalten wird: das wiederholte Zusammenkommen von Zellen. Jede unserer Zellen hat das ultimative Opfer gebracht – ihre eigene Unabhängigkeit und in den meisten Fällen die Chance, sich zu reproduzieren. Aber Aufstände kommen vor. Die Zusammenarbeit, auch innerhalb von Einzelpersonen, hängt an einem seidenen Faden: ein Waffenstillstand, der jeden Moment brechen kann. Selbst ein einst kollaborativer Choanoflagellat weigert sich, mit seinem Schiff unterzugehen.

Die Post Wie weit kann die Natur die Individualität ausdehnen? erschien zuerst auf Der Atlantik.

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