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. Sindsdien wordt gedacht dat de degenkrabben voorouders zijn van de spinachtigen, maar de moleculaire sequentiegegevens zijn altijd schaars genoeg geweest om twijfel te zaaien.
De evolutiebiologen Jesús Ballesteros en Prashant Sharma van de Universiteit van Wisconsin-Madison hopen dan ook dat hun recente studie, gepubliceerd in het tijdschrift Systematic Biology, helpt om de oude degenkrabben stevig in de spinachtigenfamilieboom te planten.
Door het analyseren van grote hoeveelheden genetische gegevens en door een groot aantal mogelijke manieren van onderzoek te overwegen, hebben de wetenschappers nu een hoge mate van vertrouwen dat de degenkrab inderdaad tot de spinachtigen behoort.
“Door aan te tonen dat de degenkrab deel uitmaakt van de spinachtigenstraling, in plaats van een geslacht dat nauw verwant is aan maar onafhankelijk is van de spinachtigen, moeten alle eerdere hypotheses over de evolutie van de spinachtigen worden herzien,” zegt Ballesteros, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Sharma. “Het is een belangrijke verschuiving in ons begrip van de evolutie van geleedpotigen.”
Arthropoda worden vaak beschouwd als de meest succesvolle dieren op de planeet, omdat ze land, water en lucht bezetten en meer dan een miljoen soorten omvatten. Deze groep omvat insecten, schaaldieren en spinachtigen.
Horseshoe crabs zijn moeilijk in te delen binnen de geleedpotigen, omdat analyse van het genoom van de dieren herhaaldelijk heeft aangetoond dat ze verwant zijn aan spinachtigen zoals spinnen, schorpioenen, mijten, teken en minder bekende wezens zoals azijnzeikers. Toch “veronderstelden wetenschappers dat het een fout was, dat er een probleem was met de gegevens,” zegt Ballesteros.
Daar komt bij dat de degenkrabben een mix van fysieke kenmerken bezitten die bij een verscheidenheid van geleedpotigen worden waargenomen. Ze hebben een harde schaal, net als krabben, maar ze zijn de enige zeedieren waarvan bekend is dat ze ademen met kieuwen, die lijken op de kieuwlongen die spinnen en schorpioenen gebruiken om op het land te overleven.
Er leven nu nog maar vier soorten degenkrabben, maar de groep kwam zo’n 450 miljoen jaar geleden voor het eerst voor in het fossielenbestand, samen met mysterieuze, uitgestorven stammen zoals zeeschorpioenen. Deze levende fossielen hebben grote massa-uitstervingen overleefd en hun bloed wordt tegenwoordig door de biomedische industrie gebruikt om te testen op bacteriële besmetting.
De ouderdom is slechts een van de problemen die inherent zijn aan het traceren van hun evolutie, zeggen Ballesteros en Sharma, omdat het terugzoeken in de tijd om een gemeenschappelijke voorouder te vinden niet eenvoudig is. En uit het fossielenbestand en de genetica blijkt dat de evolutie van deze diergroepen snel verliep, waardoor hun onderlinge verwantschap in de war is geschopt.
“Een van de moeilijkste aspecten van het opzetten van de levensboom is het onderscheiden van oude radiaties, deze oude uitbarstingen van soortvorming,” zegt Sharma, een hoogleraar integratieve biologie. “
En zelfs dan worden genetische vergelijkingen lastig als je kijkt naar de geschiedenis van genen die soorten kunnen verenigen of scheiden. Sommige genetische veranderingen kunnen misleidend zijn en verbanden suggereren die er niet zijn of verbanden verwerpen die er wel zijn. Dit is te wijten aan fenomenen als onvolledige lineage sorting of laterale genoverdracht, waarbij assortimenten van genen niet netjes over de evolutie van soorten heen worden gelegd.
Ballesteros testte de ingewikkelde relaties tussen de lastigste genen door de volledige genomen van drie van de vier levende degenkrabsoorten te vergelijken met de genoomsequenties van 50 andere geleedpotige soorten, waaronder watervlooien, duizendpoten en hooiwagens.
Met behulp van een complexe reeks matrices, waarbij hij erop lette geen vertekeningen in zijn analyse te introduceren, haalde hij de gegevens nauwgezet uit elkaar. Toch vond Ballesteros, op welke manier hij zijn analyse ook uitvoerde, de degenkrabben genesteld in de stamboom van de spinachtigen.
Hij zegt dat zijn aanpak als waarschuwing dient voor andere evolutiebiologen die geneigd kunnen zijn om de gegevens die het meest betrouwbaar lijken eruit te pikken, of om gegevens die niet lijken te passen eruit te gooien. Onderzoekers zouden bijvoorbeeld hun gegevens kunnen “forceren” om de degenkrab onder de schaaldieren te plaatsen, zegt Sharma, maar dat zou niet nauwkeurig zijn. Het onderzoeksteam probeerde dit en vond honderden genen die onjuiste bomen ondersteunden.
Ballesteros moedigt anderen aan om hun evolutionaire gegevens aan dit soort rigoureuze methodologie te onderwerpen, want “evolutie is ingewikkeld.”
Waarom de degenkrabben waterbewoners zijn, terwijl andere spinachtigen het land koloniseerden, blijft een open vraag. Deze dieren behoren tot een groep die Chelicerata wordt genoemd, waartoe ook de zeespinnen behoren. Zeespinnen zijn mariene geleedpotigen zoals de degenkrab, maar het zijn geen spinachtigen.
“Wat de studie concludeert is dat de verovering van het land door spinachtigen complexer is dan een enkele traditiegebeurtenis,” zegt Ballesteros.
Het is mogelijk dat de gemeenschappelijke voorouder van spinachtigen in het water evolueerde en dat alleen groepen als spinnen en schorpioenen het land bereikten. Of misschien is een gemeenschappelijke voorouder op het land geëvolueerd en hebben de degenkrabben daarna de zee opnieuw bevolkt.
“De grote vraag waar we achteraan zitten is de geschiedenis van de terrestrische ontwikkeling,” zegt Sharma.
Voor Ballesteros, die nu de evolutie van blindheid bestudeert bij spinnen die diep in grotten in Israël leven, raken zijn beweegredenen de kern van de menselijke natuur zelf.
“Ik kan met kinderlijke nieuwsgierigheid kijken en me afvragen: ‘Hoe is al deze diversiteit ontstaan?'”, zegt hij. “Het is ongelooflijk wat er bestaat, en ik had nooit gedacht dat ik het voorrecht zou hebben om dit te mogen doen.”