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. Die Evolutionsbiologen Jesús Ballesteros und Prashant Sharma von der University of Wisconsin-Madison hoffen, dass ihre jüngste Studie, die in der Zeitschrift Systematic Biology veröffentlicht wurde, dazu beiträgt, die alten Hufeisenkrebse fest im Stammbaum der Spinnentiere zu verankern.
Durch die Analyse von Unmengen genetischer Daten und die Berücksichtigung einer Vielzahl von Untersuchungsmöglichkeiten sind die Wissenschaftler nun sehr zuversichtlich, dass der Hufeisenkrebs tatsächlich zu den Spinnentieren gehört.
„Indem wir zeigen, dass der Hufeisenkrebs ein Teil der Spinnentiere ist und nicht nur eine eng verwandte, aber von den Spinnentieren unabhängige Linie, müssen alle bisherigen Hypothesen über die Evolution der Spinnentiere revidiert werden“, sagt Ballesteros, ein Postdoktorand in Sharmas Labor. „
Die Arthropoden werden oft als die erfolgreichsten Tiere des Planeten angesehen, da sie Land, Wasser und Himmel bewohnen und mehr als eine Million Arten umfassen. Zu dieser Gruppe gehören Insekten, Krebstiere und Spinnentiere.
Hufeisenkrebse waren innerhalb der Gliederfüßer schwer einzuordnen, da die Analyse des Genoms der Tiere wiederholt gezeigt hat, dass sie mit Spinnentieren wie Spinnen, Skorpionen, Milben, Zecken und weniger bekannten Kreaturen wie Essigfischen verwandt sind. Dennoch „nahmen die Wissenschaftler an, dass es sich um einen Irrtum handelte, dass es ein Problem mit den Daten gab“, sagt Ballesteros.
Außerdem besitzen Hufeisenkrebse eine Mischung aus physischen Merkmalen, die bei einer Vielzahl von Gliederfüßern zu beobachten sind. Sie haben eine harte Schale wie Krabben, sind aber die einzigen Meerestiere, von denen man weiß, dass sie mit Buchkiemen atmen, die den Buchlungen ähneln, mit denen Spinnen und Skorpione an Land überleben.
Heute gibt es nur noch vier Arten von Hufeisenkrebsen, aber die Gruppe tauchte zum ersten Mal vor etwa 450 Millionen Jahren in den Fossilien auf, zusammen mit mysteriösen, ausgestorbenen Linien wie Seeskorpionen. Diese lebenden Fossilien haben große Massenaussterbeereignisse überlebt, und ihr Blut wird heute von der biomedizinischen Industrie zum Testen auf bakterielle Verunreinigungen verwendet.
Das Alter ist nur eines der Probleme bei der Rückverfolgung ihrer Evolution, sagen Ballesteros und Sharma, da die Suche nach einem gemeinsamen Vorfahren in der Vergangenheit nicht einfach zu bewerkstelligen ist. Fossile Funde und genetische Daten deuten darauf hin, dass die Evolution bei diesen Tiergruppen schnell vonstatten ging, was ihre Beziehungen zueinander verwirrt.
„Einer der schwierigsten Aspekte bei der Erstellung des Stammbaums des Lebens ist die Unterscheidung alter Radiationen, dieser uralten Ausbrüche von Artbildung“, sagt Sharma, Professor für integrative Biologie. „Selbst dann werden genetische Vergleiche schwierig, wenn es um die Geschichte von Genen geht, die Arten entweder vereinen oder trennen können. Einige genetische Veränderungen können irreführend sein, indem sie Beziehungen suggerieren, wo keine bestehen, oder Verbindungen verleugnen, die es gibt. Dies ist Phänomenen wie der unvollständigen Sortierung von Abstammungslinien oder dem lateralen Gentransfer geschuldet, durch die Sortierungen von Genen im Laufe der Evolution von Arten nicht sauber vorgenommen werden.
Ballesteros testete die komplizierten Beziehungen zwischen den schwierigsten Genen, indem er die vollständigen Genome von drei der vier lebenden Hufeisenkrebsarten mit den Genomsequenzen von 50 anderen Arthropodenarten verglich, darunter Wasserflöhe, Tausendfüßler und Weberknechte.
Mit Hilfe einer komplexen Reihe von Matrizen, bei denen er darauf achtete, keine Verzerrungen in seine Analyse einzubringen, nahm er die Daten akribisch auseinander. Doch egal, wie Ballesteros seine Analyse durchführte, er fand Hufeisenkrebse im Stammbaum der Spinnentiere.
Er sagt, sein Ansatz diene als warnendes Beispiel für andere Evolutionsbiologen, die dazu neigen könnten, sich die Daten herauszupicken, die am zuverlässigsten erscheinen, oder Daten zu verwerfen, die nicht zu passen scheinen. Forscher könnten zum Beispiel ihre Daten dazu „zwingen“, Hufeisenkrebse zu den Krebstieren zu zählen, sagt Sharma, aber das wäre nicht korrekt. Das Forscherteam hat dies versucht und Hunderte von Genen gefunden, die falsche Stammbäume unterstützen.
Ballesteros ermutigt andere, ihre evolutionären Daten dieser Art von strenger Methodik zu unterziehen, denn „Evolution ist kompliziert“
Warum Hufeisenkrebse Wasserbewohner sind, während andere Spinnentiere das Land besiedeln, bleibt eine offene Frage. Diese Tiere gehören zu einer Gruppe namens Chelicerata, zu der auch die Seespinnen gehören. Seespinnen sind marine Gliederfüßer wie Hufeisenkrebse, aber keine Spinnentiere.
„Die Studie zeigt, dass die Eroberung des Landes durch Spinnentiere komplexer ist als ein einzelnes traditionelles Ereignis“, sagt Ballesteros.
Es ist möglich, dass sich der gemeinsame Vorfahre der Spinnentiere im Wasser entwickelte und nur Gruppen wie Spinnen und Skorpione an Land gelangten. Oder ein gemeinsamer Vorfahre hat sich an Land entwickelt und dann haben Hufeisenkrebse das Meer wieder besiedelt.
„Die große Frage, die wir uns stellen, ist die Geschichte der Terrestrialisierung“, sagt Sharma.
Für Ballesteros, der jetzt die Entwicklung der Blindheit bei Spinnen untersucht, die tief in israelischen Höhlen leben, geht es um den Kern der menschlichen Natur selbst.
„Ich kann mit kindlicher Neugierde schauen und fragen: ‚Wie ist all diese Vielfalt entstanden?'“, sagt er. „Es ist unglaublich, was es alles gibt, und ich hätte nie gedacht, dass ich das Privileg haben würde, dies tun zu können.“