单细胞变 “贪吃蛇”，多细胞演化背后的 “吃与被吃” 生死较量！

摘要：在生命漫长的演化长河中，单细胞生物在向多细胞生物演进之前，已展现出独特的生存智慧。一些蓝细菌早在 35 亿年前就能于水边沙石上形成菌膜，通过抱团固定在光照、营养俱佳之处，避免随波逐流，从而提升生存繁衍的几率。

在生命漫长的演化长河中，单细胞生物在向多细胞生物演进之前，已展现出独特的生存智慧。一些蓝细菌早在 35 亿年前就能于水边沙石上形成菌膜，通过抱团固定在光照、营养俱佳之处，避免随波逐流，从而提升生存繁衍的几率。

除菌膜形式外，众多单细胞生物还可彼此连接成链状，使团体规模增大，降低被捕食的风险，毕竟当时其他单细胞生物难以吞噬如此庞大的 “组合体”。然而，这种形态尚不能称之为多细胞生物，多细胞生物需满足由多个细胞组成、细胞间有分工以及具备固定身体结构等条件。

单细胞生物

地球上最早登陆的生物地衣，一般附着于岩石或树木表面。地衣虽与苔藓相似，实则差异显著，它是真菌与藻类的共生复合体。其中藻类或蓝细菌负责光合作用制造有机物，真菌的菌丝网则承担吸收环境水分与养分的任务。

地衣的繁殖方式别具一格，主要依靠碎裂，干燥时体质易碎，碎片中既有真菌又有藻类，遇水后便能长成新的地衣；此外也可像真菌一样散播孢子，孢子由真菌细胞包裹藻类细胞，在适宜环境中各自复制生长形成新地衣。

干燥地衣

地衣具有固定形态，可视为一种特殊的多细胞生物。组成地衣的真菌、藻类或蓝细菌均可单独生存且各有遗传物质，组合时仿若 “六神合体”，分开能独立战斗，合起来则以全新形态应对环境，这种类似松散联邦的结构，是单细胞生物向多细胞生物形态探索的重要一步，且至今地衣仍广泛分布于极地冻土、酷热沙漠、海滨、高山等全球各处，彰显其独特的适应性与成功性。

2012 年，科研人员取得重大突破，成功将酿酒用的普通单细胞酵母转化为多细胞的细胞簇。研究发现 A42 基因与多细胞形态的形成密切相关，当 A42 失活，酵母便形成雪花状多细胞群落，即雪花酵母。该团队持续深入研究，今年还于 nature 上发表相关文章。

雪花酵母

在前期实验基础上，选取雪花酵母后代进行实验室演化，每日人工筛选生长更快、规模更大的群体加以培养。历经 3000 多代的演化，雪花酵母群体比祖先增大 2 万多倍，从肉眼不可见发展至果蝇大小，包含多达 50 万个细胞，且分支纠缠，集群细胞演化出藤蔓状行为，相互包裹强化结构，材料特性从脆弱转变为如木头般坚韧。

此实验虽不能表明现今多细胞生物的形成过程，但有力证明多细胞生物的形成并非遥不可及，为理解单细胞向多细胞生物的转变提供了重要视角。

单细胞向多细胞生物的转变

多细胞生物的出现对生存是否有利并非简单明了。从体型增大的角度看，在原始地球的 “吃与被吃” 游戏中，这无疑是重要优势。例如单细胞小球藻在面临专门捕食者扁毛虫时，仅需一个月繁殖十几代就能演化出多细胞形态，由 8 个小球藻细胞紧密相连并裹有细胞壁，体积大于扁毛虫，从而逃过被吃的命运。

而捕食者在这种演化压力下也会因军备竞赛向多细胞动物形态转变。然而，领鞭毛虫的例子却表明，若环境变化导致变大的优势消失，生物可能逆向演化回单细胞形态。这说明生物并非必然朝着多细胞形态演化，地球历史上曾有长达 10 多亿年的相对平静期，真核细胞未出现大爆发，或许正是因为当时缺乏足够的演化动力。

单细胞向多细胞转变

而细胞分化的出现则成为关键契机，如同网络从 3G 到 4G 的转变，一旦发生，便开启了全新的演化篇章。当多细胞生物逐渐增多，围绕生存竞争的游戏因细胞分化而变得丰富多彩。最初简单的分工，如部分细胞分化出鞭毛助力游动、部分演化出吞噬口、部分专职繁衍，就已使生物的运动、能量获取与繁衍效率远超简单聚合的生物，极大提升了生存优势。

随着生存竞争愈发复杂，更多细胞被分化出来承担不同功能，如获取信息的感官器官、运动与防御的器官、保障能量供应的血液循环系统、消化系统以及神经系统等。生物由此演化得日益复杂，所能开展的活动也愈加多样，生命的多细胞形态展现出令人惊叹的复杂性与无限可能性，也促使生物在生存竞争中必须找准自身生态位，否则将面临灭顶之灾，而这一切都在不断变化的环境与各种意外灾难的背景下持续演进，构成了生命演化史上波澜壮阔的画卷。