细胞合作在复杂进化中的重要性

人们常将细胞视作是执行指定任务的微型计算机,疾病便是其功能失常所导致的结果。然而一项刊登在《科学》(Science)上研究提出了一个全新观点,来自美国西奈山伊坎医学院的科学家们(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)认为健康更像是细胞间的一种合作状态,而疾病则是细胞为了争夺统治权相互发动战争的结果。 




       试验证据支持了这一独特的观点。科学家证实在细胞中,包括强有力的肿瘤抑制因子 p53 在内的一个基因网络,就像蜂巢中的蜂王一样,在细胞内强制造成了这种合作状态。当这些强制执行基因发生突变时,细胞之间随之发生竞争,便引发了疾病。 

       研究人员表示,竞争和合作共同推动了进化。如果能得到进一步的研究支持,这些研究结果将为科学家提供一条新的途径应对疾病。了解细胞合作和竞争行为的遗传基础可以解释癌症和免疫系统功能障碍形成的基础。如果细胞丧失一个促进细胞间沟通的基因,它有可能会通过忽视停止增殖信号来控制其他的细胞。而免疫系统检测和攻击不合作的细胞,同样也具有意义。合作失败有可能也是出生缺陷发生的基础。或许可以通过治疗来重新启动合作,或是操控干细胞样细胞生成替代细胞用于再生医学。 

       研究人员指出,细胞的运作不像小机器,它们的行为不端是不可预知的。这项研究表明合作是进化的核心,使得机体获得了一些遗传机制保护自身对抗欺骗和独裁行为。 

       研究人员从长远的视角来思考了这种细胞行为。他们想知道数亿年以来作为单个元件生存在地球上的细胞是如何有效地将自身捆绑在一起执行特异任务的。研究人员表示,细胞以某种方式开始形成联盟及进行合作,很显然这种多细胞性具有某些优势。 

       他们也提出了疑问:生活在群体中的单个细胞“欺骗”行为到底发生了什么——竞争行为使得细胞无需与群体公平共享而获得一种生殖优势。 

       研究人员在干细胞中进行遗传筛查,寻找了使得细胞出现行为不端,导致其变得略有些反群体,做些通常不会做的事情的突变。这一筛查找到了大约 100 个基因,它们似乎聚集到一起形成了一个网络。 

       研究人员将侧重点放在了三个基因上: 

       p53,长期以来被称作是基因组的卫士; 

       Topoisomerase 1(Top1),控制了基因组的稳定性; 

       以及与气味感知相关的嗅觉受体。 

       p53 有可能促进合作,因为 p53 功能是丧失是许多癌症形成的一个步骤。但是发现 Top1 和嗅觉受体具有相同的功能,让科学家感到惊讶。研究人员认为这些基因具有一种远古的功能,通过帮助细胞协调它们的活动护卫了多细胞生物体。 

       随后科学家们在发育小鼠胚胎中检测了抑制这些基因的影响。让他们吃惊的是, p53 和 Top1 抑制的胚胎发育正常,这有可能是因为未受损的社会强制执行基因接替了它们。 

       研究人员指出,这表明突变细胞只会是在正常细胞周围时才表现行为不端。它们变得具有竞争力,这或许促进了进化发展。当所有的细胞都相同,即它们都是突变细胞或正常细胞时,它们会相互合作。 

       这项研究表明,在早期原始阶段细胞中的合作、利他行为、欺骗和其他所谓的社会行为都是通过基因组联系到一起。或许阿米巴、昆虫、动物、人类文化和社会普遍遵循固有的合作规则并非巧合。达尔文将进化解释为是生存竞争,但也必须要承认合作在复杂进化中的重要性。