สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ () เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์มากกว่าหนึ่งเซลล์ ต่างจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ในการจะเกิดเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้น เซลล์เหล่านี้จำต้องระบุเอกลักษณ์และยึดเข้ากับเซลล์อื่น สัตว์เกือบทั้งหมด 1.5 ล้านสปีชีส์ ตลอดจนพืชและฟังไจจำนวนมากเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ทุกสปีชีส์ของสัตว์, พืชบก และเห็ดราส่วนใหญ่นั้นเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เช่นเดียวกันกับสาหร่ายหลายชนิด ทว่าสิ่งมีชีวิตจำนวนหนึ่งก็มีลักษณะที่เป็นได้ทั้งสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์ ยกตัวอย่างเช่นราเมือกและอะมีบาที่อยู่รวมกันเป็นกลุ่มดังเช่นสกุล Dictyostelium

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้นถือกำเนิดขึ้นมาได้จากหลายหนทาง ยกตัวอย่างเช่นการแบ่งเซลล์หรือการรวมตัวกันของเซลล์เดี่ยวหลายเซลล์ สิ่งมีชีวิตประเภทโคโลนีคือหนึ่งในผลลัพธ์ที่เกิดจากการเข้ามาอยู่รวมตัวกันของสิ่งมีชีวิตแต่ละตัว อย่างไรก็ตามในปัจจุบันก็ยังคงเป็นเรื่องยากในการแยกโพรติสท์ประเภทโคโลนีออกจากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่แท้จริงได้อย่างเด็ดขาด เนื่องจากแนวคิดทั้งสองแบบนี้ยังไม่มีนิยามที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนมากพอ กระนั้นในบางครั้งโพรติสท์จะถูกเรียกว่า "Pluricellular" แทนที่จะเป็น "Multicellular" สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางสายพันธุ์ที่เป็นเซลล์ประเภทหลายนิวเคลียสก็สามารถที่จะเติบโตจนมีขนาดใหญ่ได้ ยกตัวอย่างเช่น Xenophyophorea ที่สามารถมีขนาดได้ถึง 20 ซม.

ประวัติการวิวัฒนาการ

การก่อกำเนิด 
สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ได้วิวัฒนาการตนเองขึ้นมาอย่างอิสระต่อกันเป็นจำนวนอย่างน้อย 25 ครั้งในยูแคริโอต และโพรแคริโอตบางกลุ่ม ยกตัวอย่างเช่นไซยาโนแบคทีเรีย, Myxobacteria, actinomycetes, Magnetoglobus multicellularis หรือ Methanosarcina เป็นต้น อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อนนั้นได้วิวัฒนาการขึ้นมาในกลุ่มยูแคริโอตเพียงแค่ 6 กลุ่มเท่านั้น ซึ่งก็คือสัตว์, เห็ดรา, สาหร่ายสีน้ำตาล, สาหร่ายสีแดง, สาหร่ายสีเขียว และพืชบก ซึ่งมีการวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องในกลุ่ม Viridiplantae (สาหร่ายสีเขียวและพืชบก), หนึ่งครั้งสำหรับสัตว์, หนึ่งครั้งสำหรับสาหร่ายสีน้ำตาล, สามครั้งสำหรับเห็ดรา (chytrids, ascomycetes และ basidiomycetes) และอาจจะวิวัฒนาการขึ้นมาได้หลายครั้งสำหรับราเมือกและสาหร่ายสีแดง หลักฐานแรกของการก่อกำเนิดการใช้ชีวิตแบบหลายเซลล์นั้นบ่งชี้ว่าเกิดขึ้นเมื่อราว 3,000 ถึง 3,500 ล้านปีก่อน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวได้กำหนดพฤติกรรมของตนเองขึ้นมา และสิ่งนี้ก็อาจเป็นวิวัฒนาการที่จะนำไปสู่สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อย่างแท้จริง อันเกิดกับสิ่งชีวิตที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับไซยาโนแบคทีเรีย ในการสืบพันธุ์นั้นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์แท้จะต้องแก้ปัญหาจากการสร้างสิ่งมีชีวิตตัวใหม่ทั้งตัวจากเซลล์สืบพันธุ์ (ยกตัวอย่างตัวอสุจิและเซลล์ไข่) ซึ่งเป็นประเด็นปัญหาที่ถูกศึกษาในวิชาชีววิทยาพัฒนาการเชิงวิวัฒนาการ สัตว์นั้นได้พัฒนาเซลล์ขึ้นมาอย่างหลากหลายในร่างกายที่มีหลายเซลล์ (100-150 ประเภทของเซลล์) ซึ่งต่างจากพืชและเห็ดราที่มีเซลล์เพียงแค่ 10-20 ประเภทเท่านั้น

การสูญเสียความเป็นหลายเซลล์ 
การสูญเสียความเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้นเกิดได้กับสิ่งมีชีวิตบางกลุ่ม เห็ดราส่วนใหญ่นั้นมีหลายเซลล์ถึงแม้ว่าช่วงแบ่งสายวิวัฒนาการในช่วงแรกนั้นส่วนใหญ่จะมีเพียงเซลล์เดียวก็ตาม (ยกตัวอย่าง Microsporidia) และมีสายพันธุ์เชื้อราจำนวนมากที่วิวัฒนาการย้อมกลับไปเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (ยกตัวอย่าง Saccharomycotina, Cryptococcus และยีสต์จำนวนหนึ่ง) และอาจจะเกิดขึ้นได้กับสาหร่ายสีแดงด้วยเช่นกัน (ยกตัวอย่าง Porphyridium) แต่อาจจะเป็นไปได้ว่าสาหร่ายเหล่านี้เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวตั้งแต่ต้นอยู่แล้ว การสูญเสียความเป็นหลายเซลล์นี้อาจเกิดขึ้นได้กับสาหร่ายสีเขียวบางชนิด (ยกตัวอย่าง Chlorella vulgaris และ Ulvophyceae บางสายพันธุ์) ในสิ่งมีชีวิตกลุ่มอื่น ๆ โดยเฉพาะกลุ่มปรสิตนั้นก็มีการลดรูปของความเป็นหลายเซลล์ลงมาด้วยเช่นกัน ซึ่งเกิดกับจำนวนของเซลล์หรือประเภทของเซลล์ (ยกตัวอย่างเช่น myxozoan ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้นเคยถูกเข้าใจผิดว่าเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อาจจะเป็นสัตว์ในกลุ่มไนดาเรียที่ลดรูปลงอย่างมาก)

มะเร็ง 
สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์โดยเฉพาะสัตว์ที่มีอายุยืนนั้นมักจะประสบกับหาของมะเร็งอันเกิดจากการที่เซลล์ไม่สามารถควบคุมการเจริญเติบโตได้จากชุดคำสั่งพัฒนาการตามปกติของมัน การเปลี่ยนแปลงรูปพรรณสัณฐานของเนื้อเยื่อสามารถสังเกตได้จากกระบวนการนี้ มะเร็งในสัตว์มักจะถูกนิยามว่าเป็นหนึ่งในกระบวนการสูญเสียความเป็นหลายเซลล์ นอกจากนี้ยังมีการถกเถียงกันด้วยว่าอาจจะมีความเป็นไปได้ของมะเร็งในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อื่น ๆ หรือแม้กระทั่งโพรโทซัว ยกตัวอย่างเช่นหูดพืช (Plant gall) ที่มีลักษณะเป็นเนื้องอก ทว่าผู้เชี่ยวชาญบางท่านก็กล่าวปฏิเสธว่าพืชนั้นไม่สามารถเป็นมะเร็งได้

การแบ่งแยกระหว่างเซลล์ร่างกายกับเซลล์สืบพันธุ์ 
สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์บางกลุ่มที่ถูกเรียกว่ากลุ่มไวส์มันนิสต์ได้มีวิวัฒนาการขึ้นมาเพื่อแบ่งแยกระหว่างเซลล์ร่างกายและเซลล์สืบพันธุ์ แต่อย่างไรก็ตามกลุ่มที่พัฒนามาเป็นกลุ่มไวส์มันนิสต์นั้นหายากมาก (ยกตัวอย่างสัตว์มีกระดูกสันหลัง, อาร์โธรพอด, Volvox) เนื่องจากสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่นั้นมีความสามารถด้านโซมาติกเอ็มบริโอเจนิซิส (ยกตัวอย่างพืชบก, สาหร่ายส่วนใหญ่, สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังจำนวนมาก)

สมมติฐานการก่อกำเนิด 

สมมติฐานหนึ่งเกี่ยวกับเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้นคือการรวมกลุ่มกันของเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะ ซึ่งจะรวมกลุ่มกันจนมีลักษณะเหมือนกับตัวทากที่จะถูกเรียกว่าเกร็กซ์ และจะมีการเคลื่อนไหวในลักษณะของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ซึ่งสิ่งนี้คือพฤติกรรมของราเมือก อีกสมมติฐานหนึ่งคือเซลล์โบราณได้เกิดการแบ่งนิวเคลียสขึ้นมาและต่อมาได้พัฒนาไปเป็นซีโนไซต์ หลังจากนั้นเยื่อหุ้มจึงได้ก่อตัวขึ้นมารอบนิวเคลียสแต่ละอัน (รวมถึงพื้นที่ภายในเซลล์และออร์แกเนลล์ที่อยู่ในพื้นที่นั้น ๆ) ซึ่งก่อให้เกิดเป็นกลุ่มเซลล์ที่เชื่อมติดกันอยู่ในสิ่งมีชีวิตตัวหนึ่ง (กลไกเช่นนี้สามารถพบเห็นได้ในสกุล แมลงวันทอง) สมมติฐานที่สามกล่าวว่าเมื่อสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวแบ่งตัวนั้นเซลล์ที่แบ่งออกมาไม่ได้ขาดออกจากกันโดยสิ้นเชิง ก่อให้เกิดเป็นการรวมตัวกลุ่มกันของเซลล์ที่เหมือนกันทุกประการในสิ่งมีชีวิตหนึ่งตัว ซึ่งต่อมาได้พัฒนาไปเป็นเนื้อเยื่อเฉพาะ ลักษณะเช่นนี้เกิดขึ้นในช่วงพัฒนาการของเอ็มบริโอของพืชและสัตว์ รวมถึงสิ่งมีชีวิตโคโลนีจำพวกโคอาโนแฟลเจลเลต (Choanoflagellate)

และเนื่องจากว่าสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์กลุ่มแรก ๆ นั้นมีร่างกายที่อ่อนนุ่ม ไม่มีกระดูกหรือเปลือกหรือโครงร่างแข็งใด ๆ จึงทำให้ซากฟอสซิลของพวกมันนั้นมักจะถูกเก็บรักษาไว้ได้ไม่ดี แต่อาจมีข้อยกเว้นสำหรับฟองน้ำชั้นDemosponge ที่ยังคงมีร่องรอยสารเคมีหลงเหลืออยู่ในชั้นหินโบราณ ฟอสซิลจากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ในช่วงแรกนั้นมีหลายชิ้น ซึ่งรวมถึงฟอสซิลที่เป็นที่ถกเถียงกันวงการวิทยาศาสตร์อย่างเช่น Grypania spiralis และฟอสซิลที่หลงเหลือมาจากมหายุคแพลีโอโพรเทอโรโซอิกที่อยู่ในชั้นหินดินดานที่มีชื่อเรียกว่า Francevillian Group Fossil B Formation ซึ่งถูกพบในประเทศประเทศกาบอง ฟอสซิล Doushantuo Formation ที่มีอายุ 600 ล้านปีเป็นไมโครฟอสซิลที่มีร่องรอยของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ก่อนจะถึงช่วงเวลาปัจจุบันนี้ การประกอบข้อมูลขึ้นมาใหม่ของทางสาขาวิชาวิวัฒนาการชาติพันธุ์นั้นมาจากการศึกษาทางกายวิภาคศาสตร์ (โดยเฉพาะคัพภวิทยา) ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกัน วิธีการเช่นนี้ทำให้ได้ข้อมูลที่ไม่แม่นยำ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตอย่างเช่นสัตว์และพืชนั้นได้แยกออกจากบรรพบุรุษเซลล์เดียวมาเป็นเวลากว่า 500 ล้านปีแล้ว ซึ่งเวลาที่ยาวนานเช่นนั้นก็ได้ทำให้ทั้งการวิวัฒนาการเบนออกและการวิวัฒนาการเบนเข้าได้มีเวลามากพอในการเลียนแบบความเหมือนหรือสร้างความแตกต่างมากมายระหว่างกลุ่มสายพันธุ์รุ่นใหม่และสายพันธุ์บรรพบุรุษที่สูญพันธุ์ไปแล้วได้ สาขาวิชาวิวัฒนาการชาติพันธุ์ในยุคใหม่นั้นใช้วิธีการที่ซับซ้อนอย่างเช่นอัลโลเอนไซม์, แซเทลไลท์ดีเอ็นเอ และการบ่งชี้ในระดับโมเลกุลต่าง ๆ เพื่อระบุคุณลักษณะที่สายพันธุ์ต่าง ๆ มีร่วมกัน แม้ว่าจะมีความสัมพันธ์ที่ห่างไกลกันมากเพียงใดก็ตาม

การวิวัฒนาการของความเป็นหลายเซลล์นั้นอาจสามารถเกิดขึ้นได้หลายทาง ดังที่ได้อธิบายไว้ด้านล่าง

ทฤษฎีการอยู่ร่วมกัน 
ทฤษฎีนี้กล่าวไว้ว่าสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์กลุ่มแรกนั้นถือกำเนิดมาจากการอยู่ร่วมกันแบบอิงอาศัยโดยสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวต่างสายพันธุ์ ซึ่งต่างฝ่ายต่างมีหน้าที่แตกต่างกัน เมื่อเวลาผ่านไปสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จำต้องพึ่งพาอาศัยซึ่งกันและกันจนถึงจุดที่ไม่สามารถอยู่รอดได้ด้วยตนเอง ในที่สุดจึงเกิดการรวมกันของจีโนมจนกลายเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เพียงหนึ่งเดียว สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่กล่าวมานี้จะกลายเป็นผู้สืบเชื้อสายของเซลล์ที่ถูกแปรสภาพให้ทำหน้าที่จำเพาะแตกต่างกันไปภายในสายพันธุ์ที่ถูกสร้างขึ้นใหม่

การอยู่ร่วมกันแบบอิงอาศัยในรูปแบบที่ชัดเจนนั้นมีให้เห็นอยู่ทั่วไป ยกตัวอย่างเช่นปลาการ์ตูนและดอกไม้ทะเลริเทอร์รี ทว่าในกรณีนี้ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอย่างมากว่าหากสายพันธุ์หนึ่งสูญพันธุ์ไป อีกสายพันธุ์หนึ่งจะสามารถอยู่รอดได้เป็นเวลานานหรือไม่ อย่างไรก็ตาม ปัญหาของทฤษฎีนี้คือในปัจจุบันยังไม่มีคำตอบที่แน่ชัดว่าจีโนมของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดนั้นเกิดการควบรวมกันเป็นสายพันธุ์เพียงหนึ่งเดียวได้เช่นไร กระนั้นแล้วก็ยังคงมีสมมติฐานที่เกี่ยวกับการอยู่รวมกันแบบอิงอาศัยเช่นนี้อยู่ (ยกตัวอย่างเช่นไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ในเซลล์ของพืชและสัตว์ ตามหลักการเอนโดซิมไบโอซิส แต่การเกิดขึ้นของมันนั้นหาได้ยากมาก และนอกจากนี้จีโนมของเอนโดซิมไบออนท์ก็ยังคงไว้ซึ่งองค์ประกอบหลักของตนเองที่แยกจากโฮสต์ของมัน รวมถึงสามารถคัดลอก DNA ได้ด้วยตัวเองในระหว่างที่โฮสต์เข้าสู่กระบวนการไมโทซิส ยกตัวอย่างเช่นสิ่งมีชีวิตจำนวนสองถึงสามชนิดที่อยู่อาศัยแบบพึ่งพาอาศัยกันจนเกิดเป็นไลเคน ถึงแม้ว่าพวกมันจะไม่สามารถอยู่รอดได้หากแยกจากกันแต่ก็จำเป็นต้องสืบพันธุ์แยกจากกันก่อนจะกลับมารวมกันอีกครั้งเพื่อเป็นสิ่งมีชีวิตตัวใหม่ต่อไป

ทฤษฎีการแปลงให้เป็นเซลล์ (ซินซีเทียม) 
ทฤษฎีนี้ว่าด้วยสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่มีนิวเคลียสมากกว่าหนึ่งอันอาจจะมีความสามารถในการพัฒนาเยื่อหุ้มภายในขึ้นมาห่อหุ้มนิวเคลียสแต่ละอันของตนเองอีกที โปรทิสต์หลายชนิดอย่างเช่นกลุ่มซิลิเอตหรือราเมือกนั้นสามารถมีนิวเคลียสมากกว่าหนึ่งอันได้ ซึ่ง ณ จุดนี้ก็ถูกใช้เพื่อสนับสนุนสมมติฐานนี้ อย่างไรก็ตามการที่เซลล์หนึ่ง ๆ มีหลายนิวเคลียสนั้นก็ยังคงไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนทฤษฎีนี้ได้ นิวเคลียสของกลุ่มซิลิเอตนั้นไม่เหมือนกันและมีหน้าที่ที่แยกจากกันอย่างชัดเจน มาโครนิวเคลียสหรือนิวเคลียสใหญ่นั้นทำหน้าที่ดำเนินกิจการต่าง ๆ ตามความต้องการภายในเซลล์ ในขณะที่ไมโครนิวเคลียสนั้นถูกใช้เพียงเพื่อการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศโดยการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรม เซลล์ชนิดซินซีเทียมของราเมือกเกิดจากการรวมตัวกันของเซลล์ชนิดอะมีบอยด์แต่ละเซลล์เข้าด้วยกัน เฉกเช่นเนื้อเยื่อซินซีเทียมในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์บางชนิด ในความเป็นจริงแล้วทฤษฎีนี้ยังต้องการตัวอย่างในการสาธิตให้เพียงพอต่อการสังเกตได้ รวมถึงกลไกในการสร้างสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ขึ้นมาใหม่จากเซซล์ซินซีเทียมที่มีอยู่ก่อนหน้า

ทฤษฎีอาณานิคม 
ทฤษฎีอาณานิคมของแฮกเกิลถูกเสนอขึ้นในปี 1874 ซึ่งกล่าวไว้ว่าการอยู่ร่วมกันแบบอิงอาศัยของสิ่งมีชีวิตหลายตัวในสายพันธุ์เดียวกัน (ต่างจากทฤษฎีการอยู่ร่วมกันที่กล่าวไว้ก่อนหน้า ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตต่างสายพันธุ์) นำไปสู่การกำเนิดสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ในที่สุด มีการสันนิษฐานว่าวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์บนบกนั้นเกิดจากการที่เซลล์ต่าง ๆ แยกกันอยู่แล้วจึงกลับมารวมตัวกันใหม่อีกครั้ง (ยกตัวอย่างเช่นราเมือก) ในขณะที่สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ส่วนใหญ่นั้น (กลุ่มที่วิวัฒนาการอยู่ในน้ำ) เกิดจากการแบ่งเซลล์ที่ผิดพลาด ทำให้เซลล์ลูกแยกจากกันไม่สมบูรณ์ กลไกการเกิดขึ้นของอาณานิคมอย่างหลังนี้สามารถเกิดขึ้นได้จากเหตุการณ์ที่อย่างง่ายดายอย่างเช่นขั้นตอนไซโตไคเนซิสที่ไม่สมบูรณ์ แม้ว่าความเป็นหลายเซลล์นั้นมักจะถูกพิจารณาว่าเกี่ยวข้องกับการแปรสภาพของเซลล์ 
ข้อได้เปรียบของทฤษฎีอาณานิคมนี้คือในปัจจุบันนั้นมีหลักฐานและสามารถพบเห็นได้ในกลุ่มไฟลัมของโพรทิสต์จำนวน 16 ไฟลัม ซึ่งเกิดขึ้นอย่างเป็นอิสระต่อกัน ยกตัวอย่างเช่นราเมือก Dictyostelium ในระยะที่เป็นอะมีบานั้นหากเกิดเหตุการณ์ขาดแคลนอาหาร พวกมันจะรวมตัวกันเป็นอาณานิคมเดียวกัน หลังจากนั้นจึงเคลื่อนย้ายไปยังจุดอื่นอย่างเป็นอันหนึ่งอันเดียวกัน โดยที่มีอะมีบาบางตัวในอาณานิคมนี้แปรสภาพไปอย่างเล็กน้อยจากตัวอื่น ๆ ตัวอย่างอาณานิคมอื่น ๆ ของโพรทิสต์ที่มีให้เห็นคือวงศ์วอลโวคาเซีย (Volvocaceae) อย่างเช่นยูโดรินาและวอลว็อกซ์ ซึ่งอาจประกอบด้วยเซลล์จำนวน 500-50,000 เซลล์ (ขึ้นอยู่กับสายพันธุ์) และมีบางส่วนเท่านั้นที่ทำหน้าที่สืบพันธุ์ ยกตัวอย่างเช่นในสายพันธ์หนึ่งจะมีเซลล์สืบพันธุ์ 25-35 เซลล์ โดยทำหน้าที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศจำนวน 8 เซลล์ และอีก 15-25 เซลล์จะทำหน้าที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ อย่างไรก็ตามยังคงเป็นการยากในการแยกแยะระหว่างโพรทิสต์แบบอาณานิคมและสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่แท้จริงออกจากกัน เนื่องจากทั้งสองแนวคิดนั้นยังไม่มีนิยามความแตกต่างที่ชัดเจน ซึ่งนั่นทำให้อาณานิคมของโพรทิสต์นั้นมักถูกเรียกว่า "pluricellular" มากกว่าจะเป็น "multicellular"

ทฤษฎี synzoospore 
นักทฤษฎีบางท่านเสนอว่าการเกิดขึ้นของภาวะความเป็นหลายเซลล์นั้นเกิดจากการแปรสภาพของเซลล์จากระยะชั่วคราวไปเป็นการแปรสภาพในเชิงพื้นที่ แทนที่จะเกิดจากการวิวัฒนาการของการแปรสภาพเซลล์อย่างค่อยเป็นค่อยไป อย่างน้อยก็เป็นกรณีของสัตว์ (Metazoa) ดังเช่นทฤษฎีแกสเตรียของแฮกเกิล

GK-PID 
เมื่อประมาณ 800 ล้านปีก่อนนั้นได้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยทางพันธุกรรมในโมเลกุลที่มีชื่อว่ากวานิเลทไคเนสโปรตีน-อินเตอร์แอคชั่นโดเมน ((GK-PID) ซึ่งอาจก่อให้เกิดการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตจากเซลล์เดียวไปเป็นหลายเซลล์ได้

บทบาทของไวรัส 
ยีนส์บางส่วนที่ได้รับมาจากไวรัสและชิ้นส่วนพันธุกรรมเคลื่อนที่ หรือ MGE นั้นได้รับการระบุว่ามีบทบาทสำคัญในการแปรสภาพของเซลล์ในเนื้อเยื่อหลายเซลล์ รวมถึงอวัยวะต่าง ๆ และแม้กระทั่งการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศอย่างเช่นการผสานรวมตัวกันของเซลล์ไข่และอสุจิ การผสานเซลล์เช่นนี้มีผลต่อการสร้างเนื้อเยื่อของสัตว์ดังเช่นการป้องการไหลผ่านของสารเคมีผ่านรกและการแบ่งแยกระหว่างสมองและร่างกาย องค์ประกอบจากไวรัสจำนวนสองอย่างได้ถูกระบุเอาไว้แล้ว อย่างแรกคือซินซิทิน ซึ่งมาจากไวรัส และอย่างที่สองที่ได้รับการยืนยันในปี 2007 ก็คืออีเอฟเอฟ1 ซึ่งช่วยในการสร้างผิวหนังของหนอน Caenorhabditis elegans อันเป็นส่วนหนึ่งของตระกูลโปรตีน FF ในการนี้เฟลิกซ์ เรย์ (Felix Rey) แห่งสถาบันปาสเตอร์ในกรุงปารีสได้ทำการสร้างแบบจำลองสามมิติของโครงสร้างของโปรตีนอีเอฟเอฟ1 และได้แสดงให้เห็นว่ามันทำหน้าที่ในการเชื่อมต่อเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้โดยวิธีการติดเชื้อไวรัส เนื่องด้วยสัจธรรมดังกล่าวที่ว่าโมเลกุลที่ถูกใช้ในการรวมหรือผสานเซลล์นั้นมีต้นกำเนิดมาจากไวรัสทั้งสิ้น ก็ได้ทำให้เราทราบว่ามันมีส่วนสำคัญในระบบการติดต่อสื่อการระหว่างเซลล์อันนำไปสู่สภาวะหลายเซลล์ได้ หากไร้ซึ่งความสามารถในการผสานเซลล์แล้วนั้น แม้อาณานิคมจะเกิดขึ้นได้ ทว่าสิ่งที่ซับซ้อนขึ้นมาอย่างน้อยที่สุดตามแบบฟองน้ำก็มิอาจเกิดขึ้นได้

สมมติฐานการเพิ่มขึ้นของออกซิเจน 
ทฤษฎีนี้กล่าวไว้ว่าปริมาณของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศโลกช่วงแรกนั้นเป็นปัจจัยหลักที่จำกัดการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ สมมติฐานนี้มาจากความสัมพันธ์กันระหว่างการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์และการเพิ่มขึ้นของระดับออกซิเจนในช่วงเวลานั้น ซึ่งเหตุการณ์นี้อาจจะเกิดขึ้นหลังจากเหตุการณ์การเพิ่มขึ้นของออกซิเจนครั้งใหญ่ แต่เกิดก่อนการเพิ่มขึ้นของออกซิเจนในเหตุการณ์ล่าสุด แดเนียล บี. มิลส์ (Daniel B. Mills) ให้ข้อสรุปว่าปริมาณออกซิเจนที่ปรากฏอยู่ในยุคอีดีแอคารันนั้นไม่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน ทำให้สมมติฐานนี้ดูไม่เหมาะสำหรับการเป็นแรงขับเคลื่อนของจุดกำเนิดสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

สมมติฐานลูกโลกหิมะ 
ลูกโลกหิมะคือเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาที่พื้นผิวโลกทั้งใบนั้นถูกปกคลุมไปด้วยหิมะและน้ำแข็ง ซึ่งคำคำนี้อาจจะถูกใช้เพื่ออ้างอิงถึงเหตุการณ์นี้เพียงอย่างเดียว (ซึ่งเกิดขึ้นสองครั้ง) หรืออ้างอิงถึงยุคทางธรณีที่ใหญ่กว่าอันเป็นยุคที่ก่อให้เกิดยุคธารน้ำแข็งทั้งหมดที่เรารู้จักขึ้นมา

เหตุการณ์ลูกโลกหิมะครั้งล่าสุดเกิดขึ้นในยุคไครโอเจเนียนและประกอบด้วยเหตุการณ์ของยุคธารน้ำแข็งสองครั้ง ซึ่งก็คือยุคธารน้ำแข็งสเตอร์เทียนและยุคธารน้ำแข็งมาริโนอัน ซูไห่ เซียว (Shuhai Xiao) และคณะให้ความเห็นว่าระหว่างช่วงเวลาพันล้านปีแห่งความน่าเบื่อและลูกโลกหิมะนี้สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายอาจจะพอมีเวลาในการวิวัฒนาการตนเอง และนำไปสู่การวิวัฒนาการขึ้นมาของสภาวะความเป็นหลายเซลล์

สมมติฐานลูกโลกหิมะในฐานะของการสนับสนุนในการวิวัฒนาการสภาวะความเป็นหลายเซลล์นั้นได้กล่าวไว้ว่ายุคไครโอเจเนียนในประวัติศาสตร์โลกนั้นอาจเป็นตัวเร่งวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนก็เป็นไปได้ โจเชน เจ. บร็อกส์ (Jochen J. Brocks) ให้ความเห็นว่าช่วงเวลาระหว่างยุคธารน้ำแข็งสเตอร์เทียนและยุมาริโนอันได้เปิดทางให้เหล่าสาหร่ายแพลงก์ตอนได้ครอบครองท้องทะเล ซึ่งนั่นทำให้เปิดทางไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพเป็นอย่างมากทั้งพืชและสัตว์ในรุ่นต่อมา สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนได้ถือกำเนิดขึ้นมาและมีความหลากหลายมากขึ้นในเหตุการณ์ที่เรียกว่าการระเบิดในยุคแคมเบรียน ซึ่งเป็นช่วงเวลาไม่นานหลังจากยุคมาริโนอัน

สมมติฐานการล่า 
สมมติการล่ากล่าวไว้ว่าในการหลีกหนีการถูกจับกินโดยผู้ล่านั้น สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวจะวิวัฒนาการสภาวะความเป็นหลายเซลล์ขึ้นมาเพื่อทำให้ตนเองถูกจับกินได้ยากขึ้น แมทธิว ดี. เฮอร์รอน (Matthew D. Herron) และคณะได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการวิวัฒนาการในห้องทดลองของพวกเขา โดยทำการทดลองกับสาหร่ายเซลล์เดียวสายพันธุ์ Chlamydomonas reinhardtii โดยใช้พารามีเซียมเป็นผู้ล่า ซึ่งพวกเขาค้นพบว่าในการมีอยู่ของนักล่าตัวนี้ สาหร่าย C. reinhardtii จะพัฒนาคุณลักษณะของความเป็นหลายเซลล์อย่างเรียบง่ายที่เห็นได้ชัดขึ้นมา

วิวัฒนาการทดลอง 
ในปัจจุบันนี้ยังไม่มีทางที่จะทราบได้ว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียววิวัฒนาการไปเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เมื่อหลายร้อยล้านปีก่อน อย่างไรก็ตามเราสามารถระบุได้ว่าการกลายพันธุ์แบบใดที่สามารถชักนำสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวให้กลายเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ได้ ซึ่งสิ่งนี้สามารถนำมาสาธิตให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของเหตุการณ์เช่นนี้ได้ ในความเป็นจริงแล้วนั้นสายพันธุ์สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวสามารถกลายพันธุ์จนมีความสามารถในการยึดติดกันเองได้ค่อนข้างง่าย ซึ่งเป็นขั้นแรกของการเข้าสู่สภาวะหลายเซลล์ กระบวนการนี้เรียกว่าการตกตะกอนเป็นก้อนดังที่เกิดในยีสต์ และยีนส์ของยีสต์ตัวแรกที่ได้รับการค้นพบว่าก่อให้เกิดคุณลักษณะนี้มีชื่อว่าเอฟแอลโอ1 (FLO1) เมื่อไม่นานมานี้จากการคัดเลือกยีสต์จำนวน 3,000 รุ่นอันเป็นยีสต์หลายเซลล์ที่มีวิวัฒนาการแบบทางตรงไปศึกษาแล้วนั้นก็ได้มีการระบุถึงยีนส์หลายตัวที่ก่อให้เกิดการเกาะติดหรือยึดเหนี่ยวระหว่างเซลล์ได้ รวมไปถึงการรวมตัวกันของเซลล์ในระดับมหัพภาค สิ่งนี้ได้สาธิตให้เห็นถึงความเป็นไปได้พื้นฐานในการเปลี่ยนแปลงจากสิ่งมีชีวิตเซลล์ไปสู่สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ความได้เปรียบ 
สภาวะความเป็นหลายเซลล์นั้นจะอนุญาตให้สิ่งมีชีวิตสามารถมีขนาดที่ใหญ่เกินกว่าขีดจำกัดทั่วไปที่เกี่ยวของกับการแพร่กระจาย ขยายความ ณ จุดนี้ได้ว่าหากเซลล์เดี่ยวมีขนาดขยายใหญ่ขึ้นแล้ว อัตราส่วนระหว่างพื้นผิวและปริมาตรจะลดลง การดูดซึมและเคลื่อนย้ายสารอาหารไปทั่วเซลล์จะยากยิ่งขึ้น นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ยังมีข้อได้เปรียบในการแข่งขันมากมายหากมีร่างกายที่ใหญ่โตโดยไร้ซึ่งข้อจำกัดใด ๆ สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ยังมีอายุขัยที่ยืนยาวกว่าเนื่องจากพวกมันยังคงอยู่รอดได้หากเซลล์ใดเซลล์หนึ่งตายไป สภาวะหลายเซลล์นั้นทำให้สิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ มีความซับซ้อนมากขึ้นได้จากการแปรสภาพของเซลล์ภายในตัวของมันเอง

แม้ว่าทั้งหมดที่กล่าวมานี้จะดูเหมือนเป็นข้อได้เปรียบ แต่ทว่าข้อมูลเหล่านี้ก็ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ เนื่องด้วยสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ที่ยังมีชีวิตอยู่นั้นเป็นพวกเซลล์เดียว และหากคิดในแง่ของมวลชีวภาพแล้วนั้นก็ดูเหมือนว่าสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวจะประสบความสำเร็จมากกว่าสัตว์เสียอีกหากไม่นับรวมพืช แทนที่จะเห็นว่าการมีอายุขัยที่ยืนยาวและขนาดที่ใหญ่โตเป็นข้อได้เปรียบนั้น บรรดานักชีววิทยากลับมองแค่เพียงว่าเป็นความหลากหลายเท่านั้น ซึ่งต้องมีข้อแลกเปลี่ยน

อ้างอิง 

ชีววิทยาการเจริญ
ชีววิทยาวิวัฒนาการ