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为解决多细胞性进化中克隆与聚集机制是否互斥的问题，研究人员开展了对领鞭毛虫Choanoeca flexa在天然盐水飞溅池环境中的多细胞性形成机制研究。发现C. flexa能够根据环境盐度，通过纯克隆、纯聚集或两者结合的方式形成可运动、可收缩的细胞单层片状结构，并揭示了其受环境波动调控的可逆生活史。该研究挑战了领鞭毛虫仅具克隆多细胞性的传统观点，扩展了后生动物近缘类群多细胞性形成的策略空间。
在地球生命波澜壮阔的演化史诗中，从单个细胞到复杂多细胞生物的跃迁是其中最关键的篇章之一。多细胞性在真核生物中多次独立演化，其背后的“建群”机制主要分为两类：克隆（通过细胞分裂而不分离）与聚集（由独立细胞组装而成）。长久以来，这两种策略在理论中被视为互斥的两条路径，如同进化岔路口指向不同命运的方向标。对于动物及其姊妹群——领鞭毛虫而言，已知的案例似乎都只遵循克隆这一条路，这几乎成为一条默认规则。然而，一个有趣的问题悬而未决：这种规则是普遍真理，还是仅仅因为我们观测的窗口不够宽广？生命的工具箱里，是否允许将“分身术”与“结盟术”结合使用，以应对更加动荡多变的世界？
为了探索这个根本性问题，研究人员将目光投向了生活在加勒比海库拉索岛海岸边短暂盐水飞溅池中的一种特殊领鞭毛虫——Choanoeca flexa。这些小生物以其能形成像碗一样可反转的细胞单层（片状体）而闻名，能够在捕食与游动状态间切换。此前，人们知道C. flexa的片状体可以从单个细胞发育而来，暗示了克隆起源的可能性。但在其自然的、经历了剧烈蒸发-补充循环的极端盐度波动栖息地中，它们究竟如何建立和维持多细胞状态？这种动态环境是否塑造了其独特的多细胞策略？带着这些问题，科学家们深入野外与实验室，展开了一项发表于《自然》杂志的综合研究。
为回答上述问题，研究人员整合运用了多种关键研究手段。研究首先通过野外生态学调查（包括两个独立考察队对150个飞溅池的采样和长达8天的动态监测），明确了C. flexa在自然环境中的分布规律与盐度耐受性。随后，通过延时显微成像（time-lapse microscopy）和共聚焦显微镜三维重建技术，直观捕获并定量分析了片状体通过细胞分裂（克隆）和自由细胞结合（聚集）形成的动态过程。为验证聚集的独立性和活性，研究采用了细胞周期抑制剂（阿非迪霉素）处理、不同荧光标记细胞共培养以及使用固定细胞作为对照的实验方法。在实验室模拟自然环境方面，研究人员构建了人工蒸发-复水系统，并结合形态学染色（膜染料和F-actin染料）、细胞存活与增殖测定，系统研究了盐度胁迫如何诱导片状体解离和胞囊形成。此外，利用基因组测序、组装和比较基因组学分析，研究者解析了不同菌株间的遗传差异，并通过混合聚集实验验证了其亲缘识别能力。最后，通过量化细菌捕获效率和行为学分析（光诱导的集体收缩反转），评估了不同形成机制的片状体的功能等效性。
C. flexa片状体可通过克隆形成
通过分离单个细胞并进行延时成像，研究人员观察到C. flexa片状体确实可以通过连续细胞分裂（约每8-10小时一次）形成。分裂后的姐妹细胞通过领-领接触保持连接，最终发育成具有特征性弯曲形态的小型极化细胞单层。同时，他们也观察到已有片状体通过细胞分裂进行扩增。
C. flexa片状体可通过聚集形成
为了验证聚集能力，研究人员对机械解离后的游离单细胞进行活体成像。结果显示，细胞在数分钟内通过领-领接触聚集成对，并进一步通过并入更多细胞和群体融合形成更大的聚集体。这些早期聚集体形态不规则，但在24小时内通过细胞重排成熟为具有典型片状体形态的极化单层。通过使用不同荧光标记的细胞混合培养、以及用细胞周期抑制剂处理证实，这一过程是活跃的，且独立于细胞分裂。
盐度限制自然界中片状体的存在
对C. flexa天然栖息地——库拉索岛海岸飞溅池的大规模调查发现，活跃的、能进行反转的片状体仅存在于盐度低于94 ppt的水体中，平均盐度为62.1 ppt，显著低于无片状体池的平均盐度（146.3 ppt）。这直接表明高盐度限制了C. flexa的多细胞形态。
C. flexa以隐蔽形式在土壤中持续存在
对飞溅池的长期监测显示，片状体在池水蒸发盐度升高后会消失，但在池水干涸后重新充水时，片状体又能重新出现。实验室中将干涸池底的土壤重新水化，成功恢复了C. flexa片状体，证明其能以某种抗性形式（如胞囊）在干燥土壤中存活，渡过不利时期。
高盐度诱导片状体解离和胞囊形成
在实验室模拟自然蒸发过程，随着盐度升高，C. flexa片状体逐渐解离成不运动的单细胞。直接添加海水盐也能诱导相同效果。这些解离出的细胞形态发生改变：变圆、失去鞭毛和/或微绒毛，出现丝状伪足样突起和F-actin皮层，细胞增殖停止，核质比升高，表现出典型的休眠胞囊特征。用肌动蛋白解聚剂拉春库林B处理能快速解离片状体并阻止聚集，证实微绒毛结构的完整性对维持多细胞性至关重要。
片状体与胞囊的适应性优势
实验对比发现，通过快速蒸发干燥的片状体（未形成胞囊）在复水后无法存活，而通过逐渐蒸发形成的胞囊在复水后能恢复活性并重新形成片状体，证明胞囊化是对抗干燥和高盐胁迫的适应性策略。另一方面，在适宜盐度下，片状体比单细胞鞭毛虫具有超过两倍的细菌捕获优势，表明多细胞形态在低盐、资源丰富的环境下具有摄食优势。
灵活的克隆-聚集谱系
环境参数可以调节克隆与聚集的相对贡献。在1倍盐度（~35 ppt）下，细胞分裂和聚集同时发生；而在2倍盐度（~70 ppt）下，细胞分裂被抑制，但聚集依然进行，导致形成纯聚集性的片状体。细胞密度也影响两种机制的效率：低密度利于克隆多细胞性，高密度利于聚集多细胞性，中间密度则支持混合形成。
控制性和聚集性片状体功能等同
无论在1倍还是2倍盐度下形成的片状体，在形态（细胞排列、领间角度、圆度）、行为（对光暗转换的集体反转反应）和功能（细菌捕获优势）上均无显著差异。用荧光标记的单细胞添加到已有片状体的实验也证明，聚集足以支持片状体的生长和细胞整合。
亲缘识别限制聚集
当C. flexa与近缘物种Salpingoeca rosetta混合时，C. flexa会形成排除了S. rosetta的物种特异性聚集片状体。更值得注意的是，来自不同飞溅池的C. flexa菌株（菌株1、2、3）在混合时表现出不同程度的亲缘识别偏好，特别是菌株1和2优先与自身菌株聚集。比较基因组学分析在识别菌株与非识别菌株对的基因组中，发现了多个具有高非同义/同义替换率（Ka/Ks> 2）的基因，其中富集了黏附（如钙黏蛋白）和信号传导（如蛋白激酶）结构域，提示了潜在的亲缘识别分子机制。
这项研究最终揭示，C. flexa采用了一种受环境调节的、混合的“克隆-聚集型多细胞性”策略，以适应其动荡的自然栖息地。在飞溅池的低盐度阶段，多细胞片状体通过摄食优势促进生长；当池水蒸发、盐度升高时，片状体解离并分化成能抵抗干燥的休眠胞囊；池水重新补充后，胞囊萌发为鞭毛虫，再通过克隆和/或聚集快速重建片状体。这种灵活性使得C. flexa能在广泛的环境条件下稳健地建立多细胞性，其中聚集提供了快速组建的优势，而克隆则确保了遗传一致性。
该研究的结论挑战了关于领鞭毛虫多细胞性起源的固有假设，表明克隆与聚集并非总是互斥的进化路径，而是可以根据环境需求灵活组合的策略。它揭示了环境波动（如盐度循环）如何塑造并维持一种复杂的生活史，其中多细胞与单细胞形态交替出现，各自在生命周期的不同阶段提供适应性优势。这不仅为理解多细胞性在动物近缘类群中的早期演化提供了关键新视角——提示了环境诱导的生活史可能在确定性发育程序之前就已出现，也强调了将生物置于其自然生态背景下进行研究的重要性。C. flexa的案例表明，生命的进化解决方案可能比我们基于有限模型生物的认知更为多样和巧妙。
