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. I granchi a ferro di cavallo da allora sono stati ritenuti antenati degli aracnidi, ma i dati di sequenza molecolare sono sempre stati abbastanza scarsi da mettere in dubbio.
I biologi evolutivi dell’Università del Wisconsin-Madison Jesús Ballesteros e Prashant Sharma sperano, quindi, che il loro recente studio pubblicato sulla rivista Systematic Biology aiuti a piantare saldamente gli antichi granchi a ferro di cavallo nell’albero della famiglia degli aracnidi.
Analizzando un gran numero di dati genetici e considerando un gran numero di modi possibili per esaminarli, gli scienziati hanno ora un alto grado di fiducia che i ferri di cavallo appartengono effettivamente agli aracnidi.
“Mostrando che i ferri di cavallo fanno parte della radiazione degli aracnidi, invece di un lignaggio strettamente legato ma indipendente dagli aracnidi, tutte le precedenti ipotesi sull’evoluzione degli aracnidi devono essere riviste”, dice Ballesteros, un ricercatore postdoc nel laboratorio di Sharma. “
Gli artropodi sono spesso considerati gli animali di maggior successo del pianeta perché occupano terra, acqua e cielo e comprendono più di un milione di specie. Questo raggruppamento comprende insetti, crostacei e aracnidi.
I granchi a ferro di cavallo sono stati difficili da classificare all’interno degli artropodi perché l’analisi del genoma degli animali ha ripetutamente mostrato che sono legati ad aracnidi come ragni, scorpioni, acari, zecche e creature meno note come i vinegaroon. Eppure, “gli scienziati hanno pensato che fosse un errore, che ci fosse un problema con i dati”, dice Ballesteros.
Inoltre, i granchi a ferro di cavallo possiedono un mix di caratteristiche fisiche osservate tra una varietà di artropodi. Hanno il guscio duro come i granchi, ma sono gli unici animali marini conosciuti a respirare con branchie a libro, che assomigliano ai polmoni a libro che ragni e scorpioni usano per sopravvivere sulla terraferma.
Solo quattro specie di granchi a ferro di cavallo sono vive oggi, ma il gruppo è apparso per la prima volta nel record fossile circa 450 milioni di anni fa, insieme a stirpi misteriose ed estinte come gli scorpioni di mare. Questi fossili viventi sono sopravvissuti a grandi eventi di estinzione di massa e oggi il loro sangue è usato dall’industria biomedica per testare la contaminazione batterica.
L’età è solo uno dei problemi inerenti al tracciare la loro evoluzione, dicono Ballesteros e Sharma, poiché la ricerca indietro nel tempo per trovare un antenato comune non è facile da realizzare. E l’evidenza dal record fossile e dalla genetica indica che l’evoluzione è avvenuta rapidamente tra questi gruppi di animali, convolgendo le loro relazioni l’una con l’altra.
“Uno degli aspetti più impegnativi della costruzione dell’albero della vita è differenziare le vecchie radiazioni, queste antiche esplosioni di speciazione”, dice Sharma, un professore di biologia integrativa. “E’ difficile da risolvere senza grandi quantità di dati genetici”.
Anche allora, i confronti genetici diventano difficili quando si guarda alle storie dei geni che possono unire o separare le specie. Alcuni cambiamenti genetici possono essere fuorvianti, suggerendo relazioni dove non esistono o respingendo connessioni che esistono. Questo è dovuto a fenomeni come l’ordinamento incompleto del lignaggio o il trasferimento genico laterale, per cui gli assortimenti di geni non sono fatti in modo pulito attraverso l’evoluzione delle specie.
Ballesteros ha testato le complicate relazioni tra i geni più difficili confrontando i genomi completi di tre delle quattro specie viventi di granchio a ferro di cavallo con le sequenze dei genomi di altre 50 specie di artropodi, tra cui pulci d’acqua, millepiedi e uomini della raccolta.
Utilizzando una complessa serie di matrici, facendo attenzione a non introdurre bias nella sua analisi, ha scrupolosamente distinto i dati. Eppure, indipendentemente dal modo in cui Ballesteros ha condotto la sua analisi, ha trovato i granchi a ferro di cavallo annidati all’interno dell’albero genealogico degli aracnidi.
Dice che il suo approccio serve come un racconto ammonitore per altri biologi evolutivi che possono essere inclini a scegliere i dati che sembrano più affidabili, o a buttare via i dati che non sembrano adatti. I ricercatori potrebbero, per esempio, “forzare” i loro dati per mettere i granchi a ferro di cavallo tra i crostacei, dice Sharma, ma non sarebbe accurato. Il team di ricerca ci ha provato e ha trovato centinaia di geni che sostengono alberi errati.
Ballesteros incoraggia gli altri a sottoporre i loro dati evolutivi a questo tipo di metodologia rigorosa, perché “l’evoluzione è complicata”.
Perché i granchi a ferro di cavallo sono abitanti dell’acqua mentre altri aracnidi hanno colonizzato la terra rimane una questione aperta. Questi animali appartengono a un gruppo chiamato Chelicerata, che comprende anche i ragni di mare. I ragni di mare sono artropodi marini come i granchi a ferro di cavallo, ma non sono aracnidi.
“Ciò che lo studio conclude è che la conquista della terra da parte degli aracnidi è più complessa di un singolo evento tradizionale”, dice Ballesteros.
È possibile che l’antenato comune degli aracnidi si sia evoluto in acqua e solo gruppi come ragni e scorpioni abbiano raggiunto la terra. Oppure, un antenato comune potrebbe essersi evoluto sulla terraferma e poi i granchi a ferro di cavallo hanno ricolonizzato il mare.
“La grande domanda che stiamo cercando è la storia della terrestrizzazione”, dice Sharma.
Per Ballesteros, che ora sta studiando l’evoluzione della cecità nei ragni che vivono nelle profondità delle grotte in Israele, le sue motivazioni arrivano al cuore della natura umana stessa.
“Posso guardare con curiosità infantile e chiedere: “Come è nata tutta questa diversità? “È incredibile ciò che esiste, e non avrei mai pensato di avere il privilegio di poterlo fare”.