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. Sedan dess har man trott att hästskoskrabbor är förfäder till spindeldjur, men de molekylära sekvenserna har alltid varit så sparsamma att man har kunnat ifrågasätta dem.
Evolutionsbiologerna Jesús Ballesteros och Prashant Sharma från University of Wisconsin-Madison hoppas att deras nya studie, som nyligen publicerades i tidskriften Systematic Biology, kommer att hjälpa till att förankra de gamla hästskoskrabborna i släktträdet med spindeldjur.
Då forskarna har analyserat mängder av genetiska data och övervägt ett stort antal möjliga sätt att undersöka dem, har de nu en hög grad av säkerhet om att hästskoskrabbor verkligen hör hemma bland spindeldjuren.
”Genom att visa att hästskoskrabbor är en del av spindeldjursstrålningen i stället för en släkt med, men oberoende av, spindeldjuren måste alla tidigare hypoteser om spindeldjurens utveckling revideras”, säger Ballesteros, som är postdoktoral forskare i Sharmas labb. ”Det är ett stort skifte i vår förståelse av leddjurens evolution.”
Arthropoder anses ofta vara de mest framgångsrika djuren på planeten eftersom de ockuperar land, vatten och himmel och omfattar mer än en miljon arter. I denna gruppering ingår insekter, kräftdjur och spindeldjur.
Hästskoskrabbor har varit en utmaning att klassificera inom leddjuren eftersom analyser av djurens arvsmassa upprepade gånger har visat att de är besläktade med spindeldjur som spindlar, skorpioner, kvalster, fästingar och mindre kända varelser som vinägaroner. Ändå ”antog forskarna att det var ett fel, att det fanns ett problem med uppgifterna”, säger Ballesteros.
Hästskoskrabbor har dessutom en blandning av fysiska egenskaper som observerats bland en rad olika leddjur. De har ett hårt skal som krabbor, men är de enda kända havsdjur som andas med bokgälar, som liknar de boklungor som spindlar och skorpioner använder för att överleva på land.
Bara fyra arter av hästskoskrabbor lever i dag, men gruppen dök upp för första gången i fossilregistret för cirka 450 miljoner år sedan, tillsammans med mystiska, utdöda släktingar som havsskorpioner. Dessa levande fossiler har överlevt stora massutdöenden och i dag används deras blod av den biomedicinska industrin för att testa bakteriella föroreningar.
Åldern är bara ett av de problem som är inneboende när det gäller att spåra deras utveckling, säger Ballesteros och Sharma, eftersom det inte är lätt att söka sig tillbaka i tiden för att hitta en gemensam förfader. Och bevis från fossilregistret och genetik tyder på att evolutionen skedde snabbt bland dessa djurgrupper, vilket gör att deras relationer till varandra är förvirrade.
”En av de mest utmanande aspekterna av att bygga upp livets träd är att särskilja gamla strålningar, dessa gamla utbrott av artbildning”, säger Sharma, som är professor i integrativ biologi. ”Det är svårt att lösa utan stora mängder genetiska data.”
Även då blir genetiska jämförelser knepiga när man tittar på historiken för gener som antingen kan förena eller skilja arter åt. Vissa genetiska förändringar kan vara vilseledande och antyda relationer där det inte finns några eller avfärda kopplingar som finns. Detta beror på fenomen som ofullständig sortering av släktskap eller lateral genöverföring, genom vilka sortering av gener inte sker på ett renodlat sätt under arternas utveckling.
Ballesteros testade de komplicerade sambanden mellan de knepigaste generna genom att jämföra de kompletta genomerna av tre av de fyra levande hästskoskrabbsarterna med genomsekvenserna av 50 andra leddjursarter, bland annat vattenloppor, tusenfotingar och skördefåglar.
Med hjälp av en komplicerad uppsättning matriser, och genom att vara försiktig så att han inte införde fördomar i sin analys, skiljde han noggrant data från varandra. Men oavsett hur Ballesteros genomförde sin analys fann han att hästskoskrabbor var inbäddade i araknidernas släktträd.
Han säger att hans tillvägagångssätt tjänar som en varning för andra evolutionsbiologer som kan vara benägna att plocka ut de data som verkar mest tillförlitliga, eller att kasta bort data som inte verkar passa in. Forskare skulle till exempel kunna ”tvinga” sina data att placera hästskoskrabbor bland kräftdjuren, säger Sharma, men det skulle inte vara korrekt. Forskargruppen försökte detta och hittade hundratals gener som stödde felaktiga träd.
Ballesteros uppmuntrar andra att utsätta sina evolutionära data för den här typen av rigorösa metoder, eftersom ”evolutionen är komplicerad”.
Varför hästskoskrabbor är vattenlevande medan andra spindeldjur koloniserade land förblir en öppen fråga. Dessa djur tillhör en grupp som kallas Chelicerata, där även havsspindlar ingår. Havsspindlar är marina leddjur som hästskoskrabbor, men de är inte spindeldjur.
”Det som studien drar slutsatsen är att spindeldjurens erövring av land är mer komplex än en enskild traditionshändelse”, säger Ballesteros.
Det är möjligt att spindeldjurens gemensamma förfader utvecklades i vatten och att endast grupper som spindlar och skorpioner lyckades ta sig till land. Eller så kan en gemensam förfader ha utvecklats på land och sedan koloniserade hästskoskrabbor havet på nytt.
”Den stora frågan vi är ute efter är historien om terrestrialiseringen”, säger Sharma.
För Ballesteros, som nu studerar utvecklingen av blindhet hos spindlar som lever djupt inne i grottor i Israel, går hans motiv till själva kärnan av den mänskliga naturen.
”Jag får titta med barnslig nyfikenhet och fråga: ’Hur kom all denna mångfald till?'”, säger han. ”Det är otroligt vad som finns, och jag trodde aldrig att jag skulle få förmånen att kunna göra detta.”