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. Depuis, on pense que les limules sont des ancêtres des arachnides, mais les données sur les séquences moléculaires ont toujours été assez rares pour susciter le doute.
Les biologistes évolutionnistes Jesús Ballesteros et Prashant Sharma, de l’Université du Wisconsin-Madison, espèrent donc que leur récente étude publiée dans la revue Systematic Biology aide à planter fermement les anciennes limules dans l’arbre généalogique des arachnides.
En analysant des troves de données génétiques et en considérant un vaste nombre de façons possibles de les examiner, les scientifiques ont maintenant un haut degré de confiance dans le fait que les limules appartiennent effectivement aux arachnides.
« En montrant que les limules font partie de la radiation des arachnides, au lieu d’être une lignée étroitement liée mais indépendante des arachnides, toutes les hypothèses précédentes sur l’évolution des arachnides doivent être révisées », déclare Ballesteros, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Sharma. « C’est un changement majeur dans notre compréhension de l’évolution des arthropodes. »
Les arthropodes sont souvent considérés comme les animaux les plus aboutis de la planète puisqu’ils occupent la terre, l’eau et le ciel et comprennent plus d’un million d’espèces. Ce regroupement comprend les insectes, les crustacés et les arachnides.
Les limules ont été difficiles à classer au sein des arthropodes car l’analyse du génome des animaux a montré à plusieurs reprises qu’ils étaient apparentés aux arachnides comme les araignées, les scorpions, les acariens, les tiques et des créatures moins connues comme les vinaigriers. Pourtant, « les scientifiques ont supposé qu’il s’agissait d’une erreur, qu’il y avait un problème avec les données », explique Ballesteros.
De plus, les limules possèdent un mélange de caractéristiques physiques observées chez une variété d’arthropodes. Ils ont une carapace dure comme les crabes, mais sont les seuls animaux marins connus à respirer avec des branchies, qui ressemblent aux poumons-livres utilisés par les araignées et les scorpions pour survivre sur terre.
Seulement quatre espèces de limules sont vivantes aujourd’hui, mais le groupe est apparu pour la première fois dans les archives fossiles il y a environ 450 millions d’années, en même temps que de mystérieuses lignées éteintes comme les scorpions de mer. Ces fossiles vivants ont survécu à des événements majeurs d’extinction de masse et aujourd’hui, leur sang est utilisé par l’industrie biomédicale pour tester la contamination bactérienne.
L’âge n’est qu’un des problèmes inhérents au traçage de leur évolution, affirment Ballesteros et Sharma, car remonter le temps pour trouver un ancêtre commun n’est pas facile à accomplir. Et les preuves tirées des archives fossiles et de la génétique indiquent que l’évolution s’est produite rapidement parmi ces groupes d’animaux, ce qui a alambiqué leurs relations les unes avec les autres.
« L’un des aspects les plus difficiles de la construction de l’arbre de vie est la différenciation des anciennes radiations, ces anciennes salves de spéciation », explique Sharma, professeur de biologie intégrative. « C’est difficile à résoudre sans de grandes quantités de données génétiques. »
Même dans ce cas, les comparaisons génétiques deviennent délicates lorsqu’on examine l’histoire des gènes qui peuvent soit unir soit séparer les espèces. Certaines modifications génétiques peuvent être trompeuses, suggérant des relations là où il n’y en a pas ou écartant les connexions qui existent. Cela est dû à des phénomènes tels que le tri incomplet des lignées ou le transfert latéral de gènes, par lesquels les assortiments de gènes ne sont pas faits proprement à travers l’évolution des espèces.
Ballesteros a testé les relations compliquées entre les gènes les plus délicats en comparant les génomes complets de trois des quatre espèces vivantes de limules aux séquences génomiques de 50 autres espèces d’arthropodes, dont des puces d’eau, des mille-pattes et des moissonneurs.
Utilisant un ensemble complexe de matrices, en prenant soin de ne pas introduire de biais dans son analyse, il a minutieusement démêlé les données. Pourtant, quelle que soit la façon dont Ballesteros a mené son analyse, il a trouvé que les limules étaient nichées dans l’arbre généalogique des arachnides.
Il dit que son approche sert de mise en garde aux autres biologistes de l’évolution qui peuvent être enclins à sélectionner les données qui semblent les plus fiables, ou à rejeter celles qui ne semblent pas correspondre. Les chercheurs pourraient, par exemple, « forcer » leurs données à placer les limules parmi les crustacés, dit Sharma, mais cela ne serait pas exact. L’équipe de recherche a essayé cela et a trouvé des centaines de gènes soutenant des arbres incorrects.
Ballesteros encourage les autres à soumettre leurs données évolutives à ce type de méthodologie rigoureuse, car « l’évolution est compliquée. »
La raison pour laquelle les limules sont des habitants de l’eau alors que d’autres arachnides ont colonisé la terre reste une question ouverte. Ces animaux appartiennent à un groupe appelé Chelicerata, qui comprend également les araignées de mer. Les araignées de mer sont des arthropodes marins comme les limules, mais ce ne sont pas des arachnides.
« Ce que l’étude conclut, c’est que la conquête de la terre par les arachnides est plus complexe qu’un événement de tradition unique », dit Ballesteros.
Il est possible que l’ancêtre commun des arachnides ait évolué dans l’eau et que seuls des groupes comme les araignées et les scorpions aient réussi à atteindre la terre. Ou bien, un ancêtre commun a pu évoluer sur terre, puis les limules ont recolonisé la mer.
« La grande question que nous recherchons est l’histoire de la terrestrialisation », dit Sharma.
Pour Ballesteros, qui étudie actuellement l’évolution de la cécité chez les araignées vivant au fond de grottes en Israël, ses motivations touchent au cœur de la nature humaine elle-même.
« J’ai l’occasion de regarder avec une curiosité d’enfant et de me demander : « Comment toute cette diversité est-elle apparue ? » » dit-il. « C’est incroyable ce qui existe, et je n’ai jamais pensé que j’aurais le privilège de pouvoir faire cela ».