正在分裂的猪细胞。（*图片来源：美国国立普通医学研究所*）数百万年前，我们祖先的 DNA 发生了一个非常重要的变化——或者说是一个错误——这或许可以解释我们为何存在。很久以前，生命只是在原始海洋中游动的单细胞生物。但不知何时，细胞开始聚集在一起，形成由两个、十个，乃至最终数百万个细胞组成的实体。这导致了包含不同种类细胞的生物的崛起，为组织和器官的形成铺平了道路，并最终形成了我们今天所知的生命。如今，俄勒冈大学的研究人员表示，他们通过系统发育树追溯了进化的足迹，并 pinpointed 了一个他们认为是开启了从单细胞到多细胞生物过渡的*单次*突变。
漫长的分裂
研究人员关注了细胞分裂或有丝分裂的一个重要环节，在此过程中，通过细胞分裂产生的两个子细胞会在组织内以正确的方向排列。被称为纺锤体的蛋白质结构在此过程中起着关键作用，因为它们会将子细胞与细胞壁上的标记蛋白对齐。当纺锤体取向不当时，可能导致组织畸形和癌症。在许多动物中，一种古老的蛋白质控制着纺锤体的取向，以确保它处于正确的位置。研究人员认为，如果他们发现这些古老的蛋白质结构是什么时候进化出定位纺锤体的能力，他们就能 pinpoint origin of multicellular life。
单细胞近亲
分裂的领鞭毛虫的荧光显微照片，显示其 DNA（蓝色）和鞭毛以及有丝分裂纺锤体（绿色）。底部：一个小型领鞭毛虫群落，其中一个细胞正在分裂。（*图片来源：俄勒冈大学*）研究人员通过研究一类称为领鞭毛虫的单细胞生物开始他们的侦探工作，它们恰好也是与动物最接近的单细胞近亲。领鞭毛虫生活在海水中，利用一种叫做鞭毛的尾巴在环境中移动并寻找食物。虽然每个领鞭毛虫都是单细胞的，但它们经常会组织成群体形成多细胞群落，以获取某些食物。多个细胞协同完成一个单一任务，基本上就是我们今天器官运作的方式。因此，研究人员推测，在这个过程中一定发生了基因改变，让单个细胞能够相互识别并聚集在一起。为了定位这个转折点，研究人员需要进行一些分子时间旅行。反向进化研究人员使用了一种称为祖先蛋白重建的技术，该技术结合了基因测序和计算机算法，得以窥见数百万年前的过去。这项技术将进化过程反转，并逐渐将突变缩小到一个共同祖先。通过分析一条超过 40 种生物的链，他们能够辨别出关键突变发生的时间。更重要的是，这项技术让他们能够创造出具有相同 DNA 的细胞。在这些“复活”细胞的帮助下，他们识别出了一个改变了某种蛋白质功能的单次突变。他们在开放获取的《*eLIFE*》期刊上发表了他们的研究成果。这些改变后的蛋白质不再像酶那样在细胞内引发反应，而是变成了所谓的“作用域”。换句话说，这些蛋白质能够与其他蛋白质进行交流和连接，这对于希望协同工作而不是孤军奋战的细胞来说是一项重要的技能。如今，这种关键的蛋白质域存在于所有动物的基因组中，并且每次细胞分裂时都会被使用，而细胞分裂每天都会发生数百万次。
“这次突变是一个小的改变，却极大地改变了蛋白质的功能，使其能够执行完全不同的任务，” 俄勒冈大学的联合研究作者兼生物化学家 Ken Prehoda 说。“可以说，动物们非常喜欢这些蛋白质，因为我们体内现在有超过 70 种。” 该团队的发现还可以为癌症和其他疾病提供新的见解。Prehoda 解释说，癌细胞本质上是孤狼，它们决定停止与身体中的其他细胞交流，开始行为异常。了解细胞最初是如何相互交流的，将来或许能帮助我们理解它们为何停止交流。有时，一个微小的改变确实会产生巨大的后果。
