我们如今熟悉的生物形态，像是狗、猫、猪、牛、大海中的鱼类，大半是由多细胞构成，到底从单细胞生命发展到多细胞生物中间到底发生了什么事？来自美国俄勒冈大学的生化学家在今年 1 月初发表于 eLife 期刊的论文公布了他们最新的研究结果──一切的起因来自 6 亿年前的一个基因突变，这样的一个随机发生的突变使得蛋白质的功能改变，使得我们单细胞的祖先们得以演化出多细胞的生物型态，进而发展成为现今缤纷的生物样貌。
在这项研究中，解答不少科学家们长久以来对于演化的疑问，除此之外，这项研究还有一项重要的意义，在许多例如癌症的疾病状况下，受损的细胞会出现无法和体内其他细胞共同运作，回到如同单细胞的情况下各自为政，而这项研究的进展，可以让我们对于细胞的协同导致演化出多细胞生物的现象了解更多。
突变在生物之中是非常重要的一个机制，突变的结果对于个体来说可能很复杂，有好有坏也有可能没太大影响或好坏兼具。突变所导致的蛋白质改变，可以改变一个蛋白质的结构、功能以及代谢。生物体内的蛋白质有各自的功能，扮演不同的分工，而在多细胞生物之中，生理功能的运作势必要有组织的集合众多功能各异的蛋白质，或者能够以一个蛋白质执行其他蛋白质的功能。这项研究便是假设由一个蛋白质进行小范围的突变，使得这个新的蛋白质能够拥有原本所没有的功能，如此一来，多细胞生物的生理功能运作就有可能行得通。
这项研究首先以领鞭毛虫（choanoflagellates）做为研究对象，因为领鞭毛虫是和动物最相近的单细胞生物，他们能够以单细胞的形式存在，却也可以聚集成多细胞的群落。这些领鞭毛虫的细胞外具有弯曲的短条状构造，也就是鞭毛，鞭毛这个构造在许多菌种上都存在，一般来说，鞭毛的功能就像船的马达，能够使领鞭毛虫在海水中不只能随波逐流的移动，还可以朝向特定方向移动，例如往营养成分浓度高的方向前进，或者远离有害物质。而在此项研究中，科学家们还发现领鞭毛虫的鞭毛，在他们形成多细胞群落的过程中，扮演着非常重要的角色。也就是说，如果我们早期的单细胞生物祖先要转变成真正的多细胞生物型态，不只是依靠鞭毛形成的聚落型态，他们的鞭毛在形成多细胞聚落时所发挥的功能，在没有了鞭毛之后势必需要其他蛋白质来弥补。
为此，科学家比对了超过 40 种的生物体内的基因，利用基因序列比对以及计算，推算出演化的过程，来重建早期的蛋白质，因此得知在古代的生物世界蛋白质的型态和运作模式。在这些过程之中，科学家们找出了使动物开始能够以多细胞方式存在，并且再也不需要鞭毛这项重要构造。
身为俄勒冈大学生化系所的教授以及分子生物学院主任的 Prehoda 教授和他的研究团队认为，当蛋白质随着细胞复制产生了突变，让新的蛋白质能够使新的细胞有规律的定向排列，此时原先鞭毛的功能被取代，鞭毛的重要性也跟着下降。这个蛋白质的突变只不过产生一点点的不同，却大大的改变了蛋白质的功能，并且让生物的演化有了巨大的转变。如今，这类型的蛋白质片段在现今所有动物基因中都存在，并且发展超过 70 种，而且在人体中找得到。
（Source：YouTube）
（首图来源：Flickr/Rikki’s Refuge CC BY 2.0）
- A mutation, a protein combo, and life went multicellular
- Evolution of an ancient protein function involved in organized multicellularity in animals
