by Kelly April Tyrrell , University of Wisconsin-Madison
Blue-blooded and armored with 10 spindly legs, horseshoe crabs have perhaps always seemed a bit out of place.
First thought to be closely related to crabs, lobsters and other crustaceans, in 1881 evolutionary biologist E. Ray Lankester placed them solidly in a group more similar to spiders and scorpions. Od té doby byli podkováři považováni za předky pavoukovců, ale údaje o molekulárních sekvencích byly vždy natolik kusé, že vyvolávaly pochybnosti.
Evoluční biologové Jesús Ballesteros a Prashant Sharma z Wisconsin-Madisonské univerzity tedy doufají, že jejich nedávná studie publikovaná v časopise Systematic Biology pomůže pevně zasadit dávné podkováře do rodokmenu pavoukovců.
Na základě analýzy hromad genetických dat a zvážení obrovského množství možných způsobů jejich zkoumání mají nyní vědci vysokou míru jistoty, že podkováři skutečně patří mezi pavoukovce.
„Tím, že se ukázalo, že podkováři jsou součástí radiace pavoukovců, a ne linií blízce příbuznou, ale nezávislou na pavoukovcích, je třeba revidovat všechny předchozí hypotézy o evoluci pavoukovců,“ říká Ballesteros, postdoktorand v Sharmově laboratoři. „Je to zásadní posun v našem chápání evoluce členovců.“
Čelouni jsou často považováni za nejúspěšnější živočichy na planetě, protože obývají souš, vodu i oblohu a zahrnují více než milion druhů. Do této skupiny patří hmyz, korýši a pavoukovci.
Zařazení krabů podkovovitých mezi členovce bylo náročné, protože analýza genomu těchto živočichů opakovaně prokázala jejich příbuznost s pavoukovci, jako jsou pavouci, štíři, roztoči, klíšťata i méně známí tvorové, například octomilky. Přesto „vědci předpokládali, že se jedná o chybu, že je v datech nějaký problém,“ říká Ballesteros.
Podkováři navíc disponují směsicí fyzických znaků pozorovaných u různých členovců. Mají tvrdou skořápku jako krabi, ale jsou jedinými známými mořskými živočichy, kteří dýchají pomocí knižních žaber, které se podobají knižním plicím, jež používají pavouci a štíři k přežití na souši.
Dnes žijí pouze čtyři druhy podkovovitých krabů, ale tato skupina se poprvé objevila ve fosilním záznamu asi před 450 miliony let spolu se záhadnými, vyhynulými liniemi, jako jsou mořští štíři. Tyto žijící fosilie přežily velké masové vymírání a jejich krev se dnes používá v biomedicínském průmyslu k testování na bakteriální kontaminaci.
Věk je jen jedním z problémů spojených se sledováním jejich evoluce, říkají Ballesteros a Sharma, protože hledání společného předka zpět v čase není snadné. A důkazy z fosilních záznamů a genetiky naznačují, že evoluce probíhala mezi těmito skupinami živočichů rychle, což zamotává jejich vzájemné vztahy.
„Jedním z nejnáročnějších aspektů sestavování stromu života je rozlišování starých radiací, těchto dávných výbuchů speciace,“ říká Sharma, profesor integrativní biologie. „To je obtížné vyřešit bez velkého množství genetických dat.“
I pak se genetická srovnání stávají složitými, když se zabýváme historií genů, které mohou druhy buď spojovat, nebo rozdělovat. Některé genetické změny mohou být zavádějící a naznačovat vztahy tam, kde neexistují, nebo odmítat spojení, která existují. Vděčí za to jevům, jako je neúplné třídění linií nebo laterální přenos genů, díky nimž není sortiment genů napříč evolucí druhů čistý.
Ballesteros testoval komplikované vztahy mezi nejsložitějšími geny porovnáním kompletních genomů tří ze čtyř žijících druhů krabů podkovovitých se sekvencemi genomů 50 dalších druhů členovců, včetně vodních blech, stonožek a sklípkanů.
Pomocí složitého souboru matic, přičemž si dával pozor, aby do své analýzy nevnesl zkreslení, data pečlivě rozebral. Přesto bez ohledu na to, jakým způsobem Ballesteros analýzu provedl, zjistil, že podkováři se uhnízdili v rodokmenu pavoukovců.
Říká, že jeho přístup slouží jako varování pro ostatní evoluční biology, kteří mohou mít tendenci vybírat data, která se zdají být nejspolehlivější, nebo odhazovat data, která se nezdají být vhodná. Vědci by například mohli „přinutit“ svá data, aby podkovovce zařadili mezi korýše, říká Sharma, ale nebylo by to přesné. Výzkumný tým to vyzkoušel a našel stovky genů podporujících nesprávné stromy.
Ballesteros nabádá ostatní, aby svá evoluční data podrobili takovéto přísné metodologii, protože „evoluce je složitá.“
Proč podkováři obývají vodu, zatímco ostatní pavoukovci kolonizovali souš, zůstává otevřenou otázkou. Tito živočichové patří do skupiny zvané Chelicerata, kam patří také mořští pavouci. Mořští pavouci jsou mořští členovci stejně jako krabi podkováři, ale nejsou to pavoukovci.
„Závěrem studie je, že dobývání souše pavoukovci je složitější než událost s jedinou tradicí,“ říká Ballesteros.
Je možné, že společný předek pavoukovců se vyvinul ve vodě a na souš se dostaly pouze skupiny jako pavouci a štíři. Nebo se společný předek mohl vyvinout na souši a pak podkováři znovu kolonizovali moře.
„Velkou otázkou, po které pátráme, je historie terestrializace,“ říká Sharma.
Pro Ballesterose, který nyní studuje evoluci slepců u pavouků žijících hluboko v jeskyních v Izraeli, se jeho motivace dostává k jádru samotné lidské přirozenosti.
„Mohu se dívat s dětskou zvědavostí a ptát se: „Jak vznikla všechna ta rozmanitost?“,“ říká. „Je neuvěřitelné, co všechno existuje, a nikdy jsem si nemyslel, že budu mít tu výsadu, že to budu moci dělat.“