Подковообразные крабы с голубой кровью и 10 тонкими ногами, возможно, всегда казались немного неуместными.
Сначала считалось, что они тесно связаны с крабами, лобстерами и другими ракообразными, но в 1881 году биолог-эволюционист Э. Рэй Ланкестер поместил их в группу, более похожую на пауков и скорпионов. С тех пор мечехвосты считались предками паукообразных, но данные о молекулярных последовательностях всегда были достаточно скудными, чтобы вызывать сомнения.
Эволюционные биологи из Университета Висконсин-Мэдисон Хесус Баллестерос и Прашант Шарма надеются, что их недавнее исследование, опубликованное в журнале Systematic Biology, поможет утвердить древних мечехвостов в семейном древе паукообразных.
Проанализировав массивы генетических данных и рассмотрев огромное количество возможных способов их изучения, ученые теперь имеют высокую степень уверенности в том, что мечехвосты действительно относятся к паукообразным.
«Показывая, что мечехвосты являются частью радиации паукообразных, а не родословной, тесно связанной с паукообразными, но независимой от них, необходимо пересмотреть все предыдущие гипотезы об эволюции паукообразных», - говорит Бальестерос, исследователь с докторской степенью. в лаборатории Шармы. «Это серьезный сдвиг в нашем понимании эволюции членистоногих».
Членистоногие часто считаются самыми успешными животными на планете, поскольку они населяют землю, воду и небо и насчитывают более миллиона видов. В эту группу входят насекомые, ракообразные и паукообразные.
Подковообразных крабов было сложно отнести к членистоногим, потому что анализ генома животных неоднократно показывал, что они связаны с паукообразными, такими как пауки, скорпионы, клещи, клещи и менее известные существа, такие как уксусные. Тем не менее, «ученые предположили, что это была ошибка, что была проблема с данными», - говорит Бальестерос.
Кроме того, мечехвосты обладают сочетанием физических характеристик, наблюдаемых среди различных членистоногих. У них твердый панцирь, как у крабов, но это единственные известные морские животные, которые дышат книжными жабрами, которые напоминают книжные легкие, которые пауки и скорпионы используют для выживания на суше.
Сегодня живы только четыре вида мечехвоста, но эта группа впервые появилась в летописи окаменелостей около 450 миллионов лет назад вместе с таинственными вымершими линиями, такими как морские скорпионы. Эти живые ископаемые пережили крупные массовые вымирания, и сегодня их кровь используется биомедицинской промышленностью для проверки на бактериальное загрязнение.
Возраст - это лишь одна из проблем, связанных с отслеживанием их эволюции, говорят Баллестерос и Шарма, поскольку поиск общего предка в прошлом - дело непростое. И свидетельства летописи окаменелостей и генетики указывают на то, что эволюция среди этих групп животных происходила быстро, запутывая их отношения друг с другом.
«Одним из самых сложных аспектов построения древа жизни является дифференциация старых излучений, этих древних взрывов видообразования», - говорит Шарма, профессор интегративной биологии. «Это трудно решить без большого количества генетических данных».
Даже в этом случае генетические сравнения становятся сложными при рассмотрении истории генов, которые могут либо объединять, либо разделять виды. Некоторые генетические изменения могут вводить в заблуждение, предполагая отношения там, где их нет, или отвергая связи, которые существуют. Это связано с такими явлениями, как неполная сортировка по наследственности или латеральный перенос генов, из-за которых наборы генов не формируются в ходе эволюции видов..
Баллестерос проверил сложные отношения между самыми хитрыми генами, сравнив полные геномы трех из четырех современных видов мечехвоста с последовательностями генома 50 других видов членистоногих, включая водяных блох, сороконожек и сенокосцев.
Используя сложный набор матриц, стараясь не вносить погрешности в свой анализ, он кропотливо анализировал данные. Тем не менее, независимо от того, каким образом Баллестерос проводил свой анализ, он находил мечехвостов, гнездящихся в генеалогическом древе паукообразных.
Он говорит, что его подход служит предостережением для других биологов-эволюционистов, которые могут быть склонны выбирать данные, которые кажутся наиболее надежными, или отбрасывать данные, которые кажутся не подходящими. Исследователи могли бы, например, «заставить» свои данные поместить мечехвостов среди ракообразных, говорит Шарма, но это было бы неточно. Исследовательская группа попробовала это и обнаружила сотни генов, поддерживающих неправильные деревья.
Баллестерос призывает других подвергать свои эволюционные данные такой строгой методологии, потому что «эволюция сложна».
Почему мечехвосты обитают в воде, а другие паукообразные колонизировали сушу, остается открытым вопросом. Эти животные принадлежат к группе под названием Chelicerata, в которую также входят морские пауки. Морские пауки - это морские членистоногие, такие как мечехвосты, но они не паукообразные.
«Исследование приходит к выводу, что завоевание земли паукообразными - более сложное событие, чем одно традиционное событие», - говорит Бальестерос.
Возможно, общий предок паукообразных развивался в воде, и только такие группы, как пауки и скорпионы, добрались до суши. Или, возможно, общий предок эволюционировал на суше, а затем мечехвосты повторно заселили море.
"Большой вопрос, который нас интересует, - это история оземления", - говорит Шарма.
Для Бальестероса, который сейчас изучает эволюцию слепоты у пауков, живущих глубоко в пещерах в Израиле, его мотивы проникают в самую суть человеческой природы.
«Я смотрю с детским любопытством и спрашиваю: «Как появилось все это разнообразие?», - говорит он. «То, что существует, невероятно, и я никогда не думал, что мне выпадет такая привилегия».
Исследование финансировалось постдокторской стипендией М. Гайера и поддерживалось грантом Национального научного фонда IOS-1552610.