Basiswissen

Vielzellige Lebensformen sind während der Evolution immer wieder neu und unabhängig voneinander entstanden. Dabei mussten evolutionäre Hürden genommen werden, denn Vielzelligkeit bedeutet nicht immer nur einen Vorteil. Das ist hier kurz vorgestellt.

Mechanismen

Vielzelligkeit ist in der Evolution mehrfach und unabhängig voneinander entstanden.^[6] Man unterscheidet heute grundsätzlich zwei Mechanismen, wie Vielzelligkeit entstehen kann.^[7] Bei der ersten Variante findet eine herkömmliche Zellteilung von Einzellern nicht vollständig statt.^[8] Bei der zweiten Varianten bilden vormals unabhängige Zellen einen Vielzeller. Da die dann beteiligten Zellen jedoch genetisch nicht identisch sind, kann es zu opportunistischen Verhalten ("cheater mutants") einzelner Zellen kommen, was den Erfolg des Vielzellers gefährdet.^[9] Unter Tieren kommt nur die erste Variante mit der fehlerhaften und nicht vollständigen Teilung von Zellen vor.

Evolutionären Nutzen

Vorteile

Vielzeller können - je nach Umgebungsbedingungen - Vorteile gegenüber Einzellern haben. Als erstes bietet die Größe einen Vorteil gegenüber manchen Fressfeinden, zum Beispiel Filtrieren. Vielzeller können auch größere Räume für eine Speicherung von Vorratsstoffen ausbilden. Interessant ist die Frage, inwiefern das mit der Größe sinkende Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (bei einigermaßen kompakten Körperformen) einen Vorteil bietet (Bergmannsche Regel?). Zudem können Vielzeller eine komplexere und aufgrund der räumlichen Kompaktheit auch schnellere Informationsverarbeitung ausbilden, etwa über ein Nervensystem.

Nachteile

Vielzelligkeit kann auch Nachteile bringen: der interne Transport von Stoffen (Nahrung, Atemgase, Ausscheidungen) kann sehr aufwändig werden. Desweiteren müssen Vielzeller ein interenes Kommunikationssystem aufbauen, das wiederum Ressourcen benötigt. Die Viezelligkeit kann sich evolutiv nur dann ausbilden, wenn die Vorteil in Summe größer sind als die Nachteile.

Viellzelligkeit als evolutiver Trend?

Vielzellige Lebensformen sind auf der Erde immer wieder und voneinander unabhängig entstanden. Auch heute noch gibt es viele einzellige Lebewesen, die unter gewissen Umständen vielzellige Überorganismen ausbilden. Diese Beobachtung legt nahe, dass es in der Evolution einen dauerhaften Trend hin zur Vielzelligkeit gibt. Eine Fortsetzung dieses Gedankens bis hin in die politische Sphäre wird betrachtet im Artikel 👉 Holismus und Evolution

Fußnoten

[1] John Maynard Smith, Eörs Szathmáry: The Major Transitions in Evolution. Oxford University Press, New York 1995, ISBN 0-19-850294-X.

[2] How do groups become individuals? So lautet die zentrale Fragestellung von: Richard E. Michod (2007): Evolution of individuality during the transition from unicellular to multicellular life. Proceedings of the National Academy of Sciences USA vol. 104, suppl. 1: 8613–8618. doi:10.1073/pnas.0701489104

[3] Bernardes, J.P., John, U., Woltermann, N. et al.: The evolution of convex trade-offs enables the transition towards multicellularity. In: Nat Commun 12, 4222 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-24503-z

[4] Bachmann, K. (1982). Die Entwicklung der Tiere. In: Biologie für Mediziner. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-96713-9_19

[5] Fisher, R. M., Cornwallis, C. K., and West, S. A: Group formation, relatedness, and the evolution of multicellularity. Curr. Biol. 23, 1120–1125. 2013. doi: 10.1016/j.cub.2013.05.004

[6] Vielzelligkeit entstand mehrfach unabhängig voneinander: "The discontinuous phylogenetic distribution of multicellularity and differences in cellular mechanisms argue that multicellularity evolved independently in at least 16 different eukaryotic lineages, including animals, plants, and fungi". In: Brunet T, King N. The Origin of Animal Multicellularity and Cell Differentiation. Dev Cell. 2017 Oct 23;43(2):124-140. doi: 10.1016/j.devcel.2017.09.016. PMID: 29065305; PMCID: PMC6089241.

[7] Zwei Wege zur Vielzelligkeit: "Each of the independent transitions to multicellularity […] took place through one of two mutually exclusive mechanisms: clonal development, in which multicellularity arises by serial cell division without separation of sister cells, or aggregation, in which separate cells converge and adhere to each other." In: Brunet T, King N. The Origin of Animal Multicellularity and Cell Differentiation. Dev Cell. 2017 Oct 23;43(2):124-140. doi: 10.1016/j.devcel.2017.09.016. PMID: 29065305; PMCID: PMC6089241.

[8] "As clonal multicellularity can in principle result from a failure to complete cell division, it might evolve relatively easily through loss-of-function mutations." In: Brunet T, King N. The Origin of Animal Multicellularity and Cell Differentiation. Dev Cell. 2017 Oct 23;43(2):124-140. doi: 10.1016/j.devcel.2017.09.016. PMID: 29065305; PMCID: PMC6089241.

[9] Aggregation ist ein Hindernis für echte Kooperation bzw. Arbeitsteilung: "Aggregation presents an impediment to the evolution of division of labor between cell types (Buss 1988): the multicellular mass is composed of cells that are not necessarily genetically related, making it vulnerable to invasion by “cheater” mutants that benefit from their presence in the aggregate without sharing resources or labor with other cells". In: Brunet T, King N. The Origin of Animal Multicellularity and Cell Differentiation. Dev Cell. 2017 Oct 23;43(2):124-140. doi: 10.1016/j.devcel.2017.09.016. PMID: 29065305; PMCID: PMC6089241.