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. Crabii potcoavă au fost de atunci considerați strămoși ai arahnidelor, dar datele privind secvențele moleculare au fost întotdeauna suficient de puține pentru a pune la îndoială.
Biologii evoluționiști Jesús Ballesteros și Prashant Sharma de la Universitatea Wisconsin-Madison speră, așadar, că studiul lor recent publicat în revista Systematic Biology ajută la plantarea fermă a crabilor potcoavă vechi în arborele genealogic al arahnidelor.
Analizând troiene de date genetice și luând în considerare un număr vast de moduri posibile de examinare a acestora, oamenii de știință au acum un grad ridicat de încredere că crabii potcoavă fac într-adevăr parte din arahnide.
„Arătând că crabii potcoavă fac parte din radiația arahnidelor, în loc de un neam strâns înrudit cu arahnidele, dar independent de acestea, toate ipotezele anterioare privind evoluția arahnidelor trebuie revizuite”, spune Ballesteros, cercetător postdoctoral în laboratorul lui Sharma. „Este o schimbare majoră în înțelegerea noastră privind evoluția artropodelor.”
Artropodele sunt adesea considerate cele mai de succes animale de pe planetă, deoarece ocupă pământul, apa și cerul și includ peste un milion de specii. Această grupare include insecte, crustacee și arahnide.
Crabii potcoavă au fost o provocare pentru a fi clasificați în cadrul artropodelor, deoarece analiza genomului animalelor a arătat în mod repetat că acestea sunt înrudite cu arahnide precum păianjeni, scorpioni, acarieni, căpușe și creaturi mai puțin cunoscute, cum ar fi vikingii. Cu toate acestea, „oamenii de știință au presupus că a fost o eroare, că a existat o problemă cu datele”, spune Ballesteros.
Mai mult, crabii potcoavă posedă un amestec de caracteristici fizice observate în rândul unei varietăți de artropode. Au carapacea dură, ca și crabii, dar sunt singurele animale marine cunoscute care respiră cu branhii de carte, care seamănă cu plămânii de carte pe care păianjenii și scorpionii îi folosesc pentru a supraviețui pe uscat.
În prezent, doar patru specii de crabi cu potcoavă sunt în viață, dar grupul a apărut pentru prima dată în arhiva fosilă în urmă cu aproximativ 450 de milioane de ani, împreună cu neamuri misterioase, dispărute, precum scorpionii de mare. Aceste fosile vii au supraviețuit unor evenimente majore de extincție în masă, iar astăzi sângele lor este folosit de industria biomedicală pentru a testa contaminarea bacteriană.
Avechimea este doar una dintre problemele inerente în urmărirea evoluției lor, spun Ballesteros și Sharma, deoarece căutarea în timp pentru a găsi un strămoș comun nu este ușor de realizat. Iar dovezile din arhiva fosilă și din genetică indică faptul că evoluția s-a petrecut rapid în rândul acestor grupuri de animale, ceea ce a complicat relațiile dintre ele.
„Unul dintre cele mai dificile aspecte ale construirii arborelui vieții este diferențierea vechilor radiații, aceste explozii vechi de speciație”, spune Sharma, profesor de biologie integrativă. „Este dificil de rezolvat fără cantități mari de date genetice.”
Inclusiv atunci, comparațiile genetice devin dificile atunci când se analizează istoricul genelor care pot fie să unească, fie să separe speciile. Unele modificări genetice pot fi înșelătoare, sugerând relații acolo unde nu există sau respingând conexiuni care există. Acest lucru se datorează unor fenomene precum sortarea incompletă a neamurilor sau transferul lateral de gene, prin care sortimentele de gene nu sunt realizate în mod curat de-a lungul evoluției speciilor.
Ballesteros a testat relațiile complicate dintre cele mai dificile gene comparând genomurile complete a trei din cele patru specii de crabi potcoavă în viață cu secvențele genomice ale altor 50 de specii de artropode, inclusiv purici de apă, centipede și oameni de recoltă.
Utilizând un set complex de matrici, având grijă să nu introducă prejudecăți în analiza sa, el a despărțit minuțios datele. Cu toate acestea, indiferent de modul în care Ballesteros și-a efectuat analiza, el a descoperit că crabii potcoavă s-au cuibărit în arborele genealogic al arahnidelor.
El spune că abordarea sa servește drept avertisment pentru alți biologi evoluționiști care ar putea fi înclinați să selecteze datele care par cele mai fiabile sau să arunce datele care nu par să se potrivească. Cercetătorii ar putea, de exemplu, să își „forțeze” datele pentru a plasa crabii potcoavă printre crustacee, spune Sharma, dar nu ar fi corect. Echipa de cercetare a încercat acest lucru și a găsit sute de gene care susțineau arbori incorecți.
Ballesteros îi încurajează și pe alții să își supună datele evolutive la acest tip de metodologie riguroasă, deoarece „evoluția este complicată.”
De ce crabii potcoavă sunt locuitori ai apei în timp ce alte arahnide au colonizat pământul rămâne o întrebare deschisă. Aceste animale aparțin unui grup numit Chelicerata, care include și păianjenii de mare. Păianjenii de mare sunt artropode marine ca și crabii potcoavă, dar nu sunt arahnide.
„Ceea ce concluzionează studiul este că cucerirea uscatului de către arahnide este mai complexă decât un singur eveniment de tradiție”, spune Ballesteros.
Este posibil ca strămoșul comun al arahnidelor să fi evoluat în apă și doar grupuri precum păianjenii și scorpionii să fi ajuns pe uscat. Sau, este posibil ca un strămoș comun să fi evoluat pe uscat și apoi crabii cu potcoavă să fi recolonizat marea.
„Marea întrebare pe care o urmărim este istoria terestruizării”, spune Sharma.
Pentru Ballesteros, care studiază acum evoluția orbirii la păianjenii care trăiesc în adâncurile peșterilor din Israel, motivațiile sale ajung la inima însăși a naturii umane.
„Ajung să privesc cu o curiozitate copilărească și să mă întreb: „Cum a apărut toată această diversitate?””, spune el. „Este incredibil ce există și nu m-am gândit niciodată că voi avea privilegiul de a putea face acest lucru.”