Seit der Jahrhundertwende sind Zoologen in der Morgendämmerung von küstennahen Meeresstationen aufgebrochen, um pfefferkorngroße Würmer aus dem Meeresbodenschlamm zu sieben. Diese Kreaturen, Acoels genannt, sehen unter dem Mikroskop oft wie unscheinbare Farbkleckse aus. Aber sie stellen eine entscheidende Phase in der Evolution der Tiere dar – den Übergang vor etwa 560 Millionen Jahren von einfachen anemonenartigen Organismen zu dem Zoo komplexer Lebewesen, die heute die Welt bevölkern.

Es gibt etwa 370 Arten von Acoels, die ihren Namen erhalten haben, weil ihnen ein Coelom fehlt – die mit Flüssigkeit gefüllte Körperhöhle, die die inneren Organe in komplexeren Tieren enthält. Acoels haben auch nur ein Loch zum Essen und Ausscheiden, ähnlich wie Nesseltiere – eine Gruppe evolutionär älterer Tiere, zu denen Quallen und Seeanemonen gehören. Aber im Gegensatz zu den einfacheren Nesseltieren, die nur eine innere und eine äußere Gewebeschicht haben, besitzen Acoels eine dritte, mittlere Gewebeschicht. Diese Anordnung findet sich bei Skorpionen, Tintenfischen und Robben, was darauf hindeutet, dass Acoels eine Zwischenform darstellen.

Diese Hypothese hat in den letzten Jahren beträchtliche Unterstützung gefunden, aber ein Bericht, der diese Woche in Nature1 veröffentlicht wurde, veranlasst die Wissenschaftler, die Geschichte zu überdenken. Die Studie eines internationalen Forscherteams, das neue Analysetechniken und Daten verwendet hat, rückt die Spulwürmer von ihrer Position in der Nähe des Stamms der tierischen Evolution ab und platziert sie stattdessen näher bei den Wirbeltieren (siehe „Konkurrierende Ansichten der tierischen Evolution“).

Klick für größere VersionU. JONDELIUS

Die Neuordnung hat Proteste von Evolutionsbiologen ausgelöst, die besorgt sind, dass sie ihr Schlüsselbeispiel für diese entscheidende Zwischenstufe der Tierentwicklung verlieren könnten. Einige Forscher beklagen, dass die Beweise nicht stark genug sind, um eine so dramatische Umstellung des Evolutionsbaums zu rechtfertigen, und behaupten, dass der Bericht wichtige Daten auslässt. In jedem Fall zeigt die Heftigkeit der Debatte, wie wichtig diese Würmer in der Evolutionsbiologie geworden sind.

„Ich möchte diplomatisch sagen, dass dies die politisch heikelste Arbeit ist, die ich je geschrieben habe“, sagt Max Telford, ein Zoologe am University College London und letzter Autor der Arbeit.

Die Debatte konzentriert sich auf die Frage, wo Acoels in den Stammbaum der Bilateralen passen, dreischichtige Tiere mit bilateraler Symmetrie. Biologen unterteilen diese Tiere in zwei Zweige. Die größere Gruppe, Protostomier genannt, umfasst wirbellose Tiere wie Regenwürmer, Tintenfische, Schnecken und Insekten. Die kleinere Gruppe, die als Deuterostomier bezeichnet wird, umfasst sowohl Wirbeltiere als auch wirbellose Tiere wie Seeigel, Menschen und Fische.

Zoologen haben die Spulwürmer im Allgemeinen dem frühesten Zweig der Bilateralen zugeordnet – vor der Aufspaltung in Protostomier und Deuterostomier -, weil den Würmern so viele wichtige Merkmale wie ein separater Mund und Anus, ein zentrales Nervensystem und Organe zur Ausscheidung von Abfallstoffen fehlen. Obwohl die Position der Spulwürmer im Laufe der Jahrzehnte immer wieder verschoben wurde, haben eine DNA-Analyse aus dem Jahr 1999 (Ref. 2) und mehrere seither durchgeführte Untersuchungen die Spulwürmer wieder auf ihren früheren Platz verwiesen. Insbesondere eine genetische Studie von 94 Organismen im Jahr 2009 bestätigte die Schlussfolgerung, dass Acoels an die Basis der Bilateria gehören3. Diese Studie, die von Andreas Hejnol, einem Entwicklungsbiologen am Sars International Centre for Marine Molecular Biology in Bergen, Norwegen, geleitet wurde, bestätigte, dass Acoels und ihre Verwandten einen Zwischenplatz zwischen den Nesseltieren und den komplexeren Bilaterern einnehmen.

„Ich hatte plötzlich das Gefühl, dass alles an seinem Platz ist“, sagt Claus Nielsen, ein Evolutionsbiologe am Naturhistorischen Museum Dänemarks, der Acoels seit 40 Jahren auf ihrer Wanderung durch den Baum des Lebens verfolgt.

Den Baum erschüttern

Aber die Studie von Telford und seinen Kollegen1 hat den Baum erneut erschüttert und die Acole in den Zweig der Deuterostomier eingeordnet, neben den Stachelhäutern (zu denen die Seeigel gehören) und den Eichelwürmern. Ihre genetischen Analysen deuten darauf hin, dass die Acoels – und ein Meereswurm namens Xenoturbella – von einem komplexeren Vorfahren abstammen und viele der Merkmale anderer Deuterostomier verloren haben.

Die Forscher verwendeten mehrere Ansätze und untersuchten drei unabhängige Datensätze, um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen. Zunächst analysierten sie die Daten der Studie von Hejnol aus dem Jahr 20093 neu, wobei sie 66 statt 94 Arten verwendeten. Hervé Philippe, Bioinformatiker an der Universität von Montreal in Quebec, Kanada, und Erstautor der Nature-Studie1, erklärt, dass das Team Arten ausschloss, die unvollständige genetische Daten hatten oder sich „schnell entwickelten“ – was bedeutet, dass einige ihrer Gene im Vergleich zu Genen von Tiergruppen, die etwa zur gleichen Zeit entstanden sind, viele Veränderungen aufwiesen. Phylogenetische Computerprogramme haben ein bekanntes Problem mit dieser Art von Arten und neigen dazu, sie zusammenzufassen, obwohl sie nicht miteinander verwandt sind.

Philippe und seine Mitarbeiter verwendeten ein ausgefeilteres mathematisches Modell zur Analyse der Sequenzevolution, das dazu beitrug, dieses Problem zu minimieren. Ohne dieses Modell und eine sorgfältige Auswahl der Arten, so Philippe, können die Acoels am unteren Ende des Stammbaums der Tiere landen.

Nach der Analyse der Sequenzen der Kern-DNA erstellte die Gruppe einen separaten Evolutionsbaum auf der Grundlage der Gene in den Mitochondrien. Sie untersuchten auch mikroRNAs, die die Genexpression regulieren, aber nicht für Proteine kodieren. Laut Mitautor Kevin Peterson, Paläontologe am Dartmouth College in Hanover, New Hampshire, sind mikroRNAs besonders nützlich für die Untersuchung tiefer evolutionärer Beziehungen. Das Team fand heraus, dass Acoels eine Art von microRNA besitzen, die für Deuterostomier spezifisch ist, was darauf hindeutet, dass sie verwandt sind.

Die Autoren räumen ein, dass kein einzelner Datensatz den Beweis dafür liefert, dass Acoels zu den Deuterostomiern gehören. Aber zusammengenommen, so Telford, „lässt die Tatsache, dass unsere Beweise in dieselbe Richtung weisen, mich glauben, dass es richtig ist“.

Wenn Acoels zu den Deuterostomiern gehören, müssen sich die Würmer aus einem Vorfahren mit einem zentralen Nervensystem, einer Körperhöhle und einem durchgehenden Darm entwickelt haben, der Anus und Mund verbindet – Merkmale, die bei den bestehenden Deuterostomiern zu finden sind. Die Forscher müssten also erklären, wie Acoels und Xenoturbella diese und andere Merkmale verloren haben. Außerdem müssten sie nach einer anderen primitiv aussehenden Abstammungslinie suchen, die den evolutionären Schritt zwischen quallenartigen Tieren und Bilateria darstellt. (Falls eine solche überhaupt existiert. Peterson meint, dass viele komplexe Merkmale auf einmal entstanden sein könnten.)

Einige Forscher sind noch nicht bereit, die alten Vorstellungen darüber aufzugeben, wo Acoels hingehören. „Ich bin traurig über ihre Arbeit, aber ich bin nicht verärgert“, sagt Hejnol. „

Hejnol und seine Kollegen zweifeln an der Zuverlässigkeit des Stammbaums, den Telford und sein Team anhand von Kerngenen erstellt haben, die ihr wichtigster Beweis sind. Brian O’Meara, Phylogenetiker an der Universität von Tennessee in Knoxville, bezeichnet den neuen Baum deshalb als „suggestiv, aber nicht endgültig“.

Die Studie ist auch deshalb in die Kritik geraten, weil Daten ausgelassen wurden, die nach Ansicht einiger Wissenschaftler die Schlussfolgerungen der Forscher geschwächt hätten. Ein Autor der Studie hatte zuvor eine eng mit den Acoels verwandte Wurmart, Meara stichopi, untersucht und dabei keine deuterostome microRNA gefunden. Die Autoren verteidigen jedoch ihre Entscheidung, M. stichopi aus ihrer microRNA-Analyse auszuschließen, da sie Bedenken hinsichtlich der Qualität dieser Daten haben.

Außerdem ist nicht jeder von der Leistungsfähigkeit der microRNA-Analyse überzeugt, die erst seit kurzem für evolutionäre Studien eingesetzt wird. Dieser Bericht markiert den bisher prominentesten Auftritt der Methode als Instrument zur Klärung von Verwandtschaftsbeziehungen. Da mikroRNAs im Laufe der Evolution verloren gehen können, ist es möglich, dass die deuterostome mikroRNA in den Acoels aus dem Vorfahren aller bilateralen Tiere stammt, aber später in der protostomen Linie verloren ging.

Da so viel auf dem Spiel steht, sind die Forscher bestrebt, diese Frage zu klären. Die US-amerikanische National Science Foundation hat im Rahmen einer Initiative mit dem Titel Assembling the Tree of Life (Zusammenstellung des Lebensbaums) gezielt nach Vorschlägen gesucht, die auf tiefe Divergenzen in der Evolutionsgeschichte abzielen, sagt Tim Collins, ein Programmdirektor der Stiftung. „Wir haben innerhalb der Gruppen gute Arbeit geleistet, aber wir haben uns schwer getan, die tiefsten Äste des Lebensbaums zu rekonstruieren“, sagt er. „Das sind Ereignisse, die sich in relativ kurzer Zeit ereignet haben, verglichen mit der Zeit, die seitdem vergangen ist.“

Im letzten Sommer teilten sich Hejnol und Telford im schwedischen Kristineberg ein Zimmer, während sie gemeinsam eine Klasse unterrichteten. Sie erörterten ihre Differenzen und diskutierten über ein laufendes gemeinsames Projekt, das sie ausräumen könnte: die Sequenzierung der vollständigen Genome eines Acoels, einer Xenoturbella-Art und des umstrittenen M. stichopi. Mit diesem Zustrom neuer genomischer Informationen sind die Forscher zuversichtlich, dass sie eine Einigung darüber erzielen können, wo die Acoels in der Evolutionsgeschichte einzuordnen sind.

„Wir sprechen hier von einem sehr knappen Ergebnis mit enormen Auswirkungen“, sagt Hejnol über den neu vorgeschlagenen Baum. „Das Gute daran ist, dass wir wissen, wie wir dieses Problem lösen können.“

Amy Maxmen ist freiberufliche Schriftstellerin in New York City.