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. A patkósrákokat azóta is a pókszabásúak őseinek tartják, de a molekuláris szekvenciaadatok mindig is elég ritkák voltak ahhoz, hogy kétségbe vonják őket.
A Wisconsin-Madison Egyetem evolúcióbiológusai, Jesús Ballesteros és Prashant Sharma ezért remélik, hogy a Systematic Biology című folyóiratban nemrég megjelent tanulmányuk segít szilárdan beilleszteni az ősi patkósrákokat a pókszabásúak családfájába.
A genetikai adatok halmazának elemzésével és a vizsgálat rengeteg lehetséges módjának mérlegelésével a tudósok most már nagymértékben biztosak abban, hogy a patkósrákok valóban a pókszabásúak közé tartoznak.
“Azzal, hogy kimutatták, hogy a patkósrákok a pókszabásúak sugárzásának részei, nem pedig egy, a pókszabásúakkal szorosan rokon, de tőlük független vonal, minden korábbi, a pókszabásúak evolúciójára vonatkozó hipotézist felül kell vizsgálni” – mondja Ballesteros, Sharma laboratóriumának posztdoktori kutatója. “Ez jelentős változást jelent az ízeltlábúak evolúciójáról alkotott elképzeléseinkben.”
Az ízeltlábúakat gyakran a bolygó legsikeresebb állatainak tartják, mivel a szárazföldet, a vizet és az eget egyaránt elfoglalják, és több mint egymillió fajt foglalnak magukban. Ebbe a csoportba tartoznak a rovarok, a rákfélék és a pókfélék.
A patkósrákok besorolása az ízeltlábúakon belül kihívást jelentett, mivel az állatok genomjának elemzése többször kimutatta, hogy rokonságban állnak az olyan pókfélékkel, mint a pókok, skorpiók, atkák, kullancsok és kevésbé ismert élőlények, például az ecetmuslicák. Mégis, “a tudósok azt feltételezték, hogy ez hiba volt, hogy gond volt az adatokkal” – mondja Ballesteros.”
A patkósrákok ráadásul a különböző ízeltlábúaknál megfigyelhető fizikai jellemzők keverékével rendelkeznek. Keményhéjúak, mint a rákok, de az egyetlen ismert tengeri állat, amely könyvkopoltyúval lélegzik, ami hasonlít a pókok és skorpiók könyvtüdőjéhez, amelyet a szárazföldön való túléléshez használnak.
Már csak négy patkósrákfaj él ma, de a csoport először 450 millió évvel ezelőtt jelent meg a fosszilis feljegyzésekben, olyan titokzatos, kihalt vonalakkal együtt, mint a tengeri skorpiók. Ezek az élő fosszíliák túlélték a nagy tömeges kihalási eseményeket, és ma a vérüket az orvosbiológiai ipar baktériumfertőzés vizsgálatára használja.
A kor csak az egyik probléma, amely evolúciójuk nyomon követésével jár – mondja Ballesteros és Sharma -, mivel nem könnyű visszamenni az időben a közös ősök megtalálására. A fosszíliákból és a genetikából származó bizonyítékok pedig arra utalnak, hogy az evolúció gyorsan lezajlott ezen állatcsoportok között, ami összezavarja az egymáshoz való viszonyukat.
“Az életfa felépítésének egyik legnagyobb kihívást jelentő aspektusa a régi sugárzások, a fajképződés ezen ősi kitöréseinek megkülönböztetése” – mondja Sharma, az integratív biológia professzora. “Ezt nehéz megoldani nagy mennyiségű genetikai adat nélkül.”
A genetikai összehasonlítások még így is trükkössé válnak, amikor olyan gének történetét vizsgáljuk, amelyek egyesíthetik vagy szétválaszthatják a fajokat. Egyes genetikai változások félrevezetőek lehetnek, olyan kapcsolatokra utalva, amelyek nem léteznek, vagy olyan kapcsolatokat elvetve, amelyek léteznek. Ez olyan jelenségeknek köszönhető, mint a nem teljes vonalválogatás vagy a laterális géntranszfer, amelyek révén a gének összeválogatása nem tisztán történik a fajok evolúciója során.
Ballesteros a legtrükkösebb gének közötti bonyolult kapcsolatokat úgy tesztelte, hogy a négy élő patkósrákfaj közül háromnak a teljes genomját 50 másik ízeltlábú faj, köztük vízibolhák, százlábúak és aratók genomszekvenciáival hasonlította össze.
Egy összetett mátrixkészletet használva, ügyelve arra, hogy ne vezessen be torzításokat az elemzésébe, aprólékosan szétszedte az adatokat. Mindegy, hogy Ballesteros milyen módon végezte elemzését, a patkósrákokat a pókszabásúak családfáján belül találta.
Mondja, hogy megközelítése intő példaként szolgál más evolúcióbiológusok számára, akik hajlamosak lehetnek arra, hogy a legmegbízhatóbbnak tűnő adatokat kiválogassák, vagy kidobják azokat az adatokat, amelyek nem tűnnek megfelelőnek. A kutatók például “kényszeríthetnék” az adataikat arra, hogy a patkósrákokat a rákfélék közé sorolják, mondja Sharma, de ez nem lenne pontos. A kutatócsoport ezt próbálta ki, és több száz gént talált, amelyek helytelen fákat támasztottak alá.”
Ballesteros arra bátorít másokat, hogy evolúciós adataikat ilyen szigorú módszertannak vessék alá, mert “az evolúció bonyolult.”
Az, hogy a patkósrákok miért vízlakók, míg más pókfélék a szárazföldön telepedtek meg, továbbra is nyitott kérdés. Ezek az állatok a Chelicerata nevű csoportba tartoznak, amelybe a tengeri pókok is tartoznak. A tengeri pókok a patkósrákokhoz hasonlóan tengeri ízeltlábúak, de nem pókfélék.
“A tanulmány arra a következtetésre jut, hogy a pókfélék szárazföld meghódítása sokkal összetettebb, mint egyetlen hagyományőrző esemény” – mondja Ballesteros.
“Lehetséges, hogy a pókfélék közös őse a vízben fejlődött ki, és csak az olyan csoportok, mint a pókok és a skorpiók jutottak el a szárazföldre”. Vagy lehet, hogy a közös ős a szárazföldön fejlődött ki, majd a patkósrákok újra benépesítették a tengert.
“A nagy kérdés, amit keresünk, a szárazföldre kerülés története” – mondja Sharma.
Ballesteros számára, aki most az izraeli barlangok mélyén élő pókok vakságának evolúcióját tanulmányozza, a motivációi magának az emberi természetnek a mélyére hatolnak.
“Gyermeki kíváncsisággal nézhetem és kérdezhetem: “Hogyan jött létre ez a sokszínűség?” – mondja. “Hihetetlen, hogy mi minden létezik, és soha nem gondoltam volna, hogy megadatik nekem az a kiváltság, hogy ezt tehetem”.