在亚特兰大的一个实验室里，成千上万的酵母细胞每天都在为生存而战。 多活一天的那些长得最快，繁殖最快，形成的团块最大。 大约十年来，这些细胞已经进化为彼此相连，形成分支的雪花形状。
这些奇怪的雪花是探索数百万年前单细胞生物首次结合成为多细胞生物时可能发生的事情的实验的核心。 这个过程，不管它如何进行，最终导致了笨拙、极其怪异的生物，如章鱼、鸵鸟、仓鼠和人类。
尽管多细胞生物被认为在地球生命史上至少进化了 20 次，但生物如何从单个细胞进化为多个具有共同命运的细胞还远未明了。 但在 周三发表在《自然》杂志上的一篇论文, 研究人员揭示了细胞如何开始将自身构建成身体的线索。 生产雪花酵母的团队发现，经过 3000 多代后，酵母团块变得如此之大，以至于肉眼都能看到。 在此过程中，它们从一种柔软、黏糊糊的物质演变成具有木材韧性的物质。
佐治亚理工学院教授威尔·拉特克利夫 (Will Ratcliff) 在读研究生时就开始了酵母实验。 他受到密歇根大学生物学家 Richard Lenski 及其同事的启发 培养 12 瓶大肠杆菌 经过 75,000 多代人，记录了自 1988 年以来人口的变化情况。 Ratcliff 博士想知道一项鼓励细胞粘在一起的进化研究是否可以阐明多细胞性的起源。
“我们所知道的所有进化出多细胞性的谱系，都是在数亿年前迈出这一步的，”他说。 “而且我们没有太多关于单个细胞如何形成群体的信息。”
于是他做了一个简单的实验。 每天，他在试管中旋转酵母细胞，吸起最快沉入底部的细胞，然后用它们培养第二天的酵母菌群。 他推断，如果他选择最重的个体或细胞团，酵母就会有动力进化出一种粘在一起的方式。
它起作用了： 60 天内，雪花酵母出现了。 当这些酵母分裂时，由于突变，它们不会彼此完全分离。 相反，它们形成遗传相同细胞的分支结构。 酵母已经变成多细胞的。
但拉特克利夫博士在继续调查时发现，雪花似乎从未变得很大，仍然顽固地保持在微观状态。 他认为他的团队中的博士后研究员 Ozan Bozdag 在氧气或缺氧方面取得了突破。
对于许多生物体来说，氧气起到一种火箭燃料的作用。 它使获取储存在糖中的能量变得更加容易。
Bozdag 博士在实验中为一些酵母提供了氧气，并培养了其他具有突变的酵母，这些突变使它们无法使用氧气。 他发现缺氧的酵母体积会爆炸。 他们的雪花越来越大，最终变得肉眼可见。 仔细检查结构后发现酵母细胞比正常细胞长得多。 树枝已经缠绕在一起，形成了密密麻麻的一团。
科学家们认为，这种密度或许可以解释为什么氧气似乎阻碍了酵母的生长。 对于可以使用氧气的酵母来说，变大有明显的缺点。
只要雪花保持很小，细胞通常就能平等地获得氧气。 但是大而致密的团块意味着每个团块内的细胞都与氧气隔绝了。
相比之下，不能使用氧气的酵母没有什么可失去的，所以它们变大了。 这一发现表明，喂养集群中的所有细胞是生物体在多细胞化过程中面临的权衡取舍的关键部分。
形成的簇也很坚硬。
“打破这些东西所需的能量增加了超过一百万倍，”佐治亚理工学院教授、该论文的合著者彼得云克说。
拉特克利夫博士说，这种力量可能是多细胞生物发展又一步的关键——循环系统之类的东西的发展。 如果大团块内部的细胞需要帮助获得营养，那么一个足够强壮以引导液体流动的身体是关键。
“这就像用消防水龙带射入酵母簇，”Yunker 博士说。 如果细胞团很弱，那么在每个细胞获得营养之前，营养物质的流动就会破坏它。
该团队现在正在探索密集的雪花酵母团块是否可以开发出向其最内层成员获取营养的方法。 如果他们这样做了，亚特兰大试管中的这些酵母可能会告诉我们一些关于很久以前的事情，那时你和你周围的许多生物的祖先第一次开始用细胞构建身体。