劳动分工与多细胞性的演化

理解多细胞性和细胞分化的出现与演化是生物学中的一个核心问题。我们构建了一个定量模型，表明当将兼容性较差的生理过程区隔到聚集体的组成细胞中会产生适应度优势时，多细胞形态就会从遗传上完全相同的单细胞祖先中产生。聚集体中细胞间的这种劳动分工在调控水平上自发产生，这源于单细胞祖先中已有的机制，而不需要任何在聚集体中扮演特定角色的遗传预置倾向，也不需要聚集体细胞之间任何精心协调的合作行为。在数学上，聚集意味着表型空间维度的增加，这生成了具有新适应度极大值的适应度景观，并且其中具有优化代谢的单细胞状态变成了适应度鞍点。多细胞性的演化被建模为一个遗传参数的演化，即细胞粘在一起的倾向，该参数决定了细胞以聚集体形态度过的时间比例。由于聚集体中细胞间劳动分工所产生的适应度优势，粘性可以在演化过程中增加。