Dall’inizio del ventesimo secolo, gli zoologi partono all’alba dalle stazioni marine costiere per setacciare vermi grandi come un chicco di grano dal letame del fondo del mare. Queste creature, chiamate acoel, sembrano spesso degli irrilevanti schizzi di vernice se visti al microscopio. Ma rappresentano una fase cruciale nell’evoluzione animale – la transizione circa 560 milioni di anni fa da semplici organismi simili agli anemoni allo zoo di creature complesse che popolano il mondo di oggi.

Ci sono circa 370 specie di acoel, che prende il nome perché manca di un celom – la cavità del corpo piena di fluidi che contiene gli organi interni in animali più complessi. Le acoel hanno anche un solo foro sia per mangiare che per espellere, simile agli cnidari – un gruppo di animali evolutivamente più vecchi che contiene meduse e anemoni di mare. Ma a differenza dei più semplici cnidari, che hanno solo uno strato di tessuto interno ed esterno, le acoel hanno un terzo strato di tessuto centrale. Questa è la disposizione che si trova in tutto, dagli scorpioni ai calamari alle foche, suggerendo che le acoel rappresentano una forma intermedia.

Questa ipotesi ha guadagnato un notevole sostegno negli ultimi anni, ma un rapporto pubblicato su Nature questa settimana1 sta portando gli scienziati a ripensare la trama. Lo studio di un team internazionale di ricercatori, che ha utilizzato nuove tecniche analitiche e dati, rimuove i vermi acoel dalla loro posizione vicino al tronco dell’evoluzione animale e li colloca invece più vicini ai vertebrati (vedi ‘Competing views of animal evolution’).

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Il riassetto ha scatenato le proteste dei biologi evoluzionisti, allarmati dal fatto che potrebbero perdere il loro esempio chiave di quello stadio intermedio cruciale dell’evoluzione animale. Alcuni ricercatori si lamentano che le prove non sono abbastanza forti da giustificare una così drammatica riorganizzazione dell’albero evolutivo, e sostengono che il rapporto lascia fuori dati chiave. In ogni caso, la veemenza del dibattito mostra quanto questi vermi siano diventati importanti nella biologia evolutiva.

“Dirò, diplomaticamente, che questo è il documento più politicamente irto che abbia mai scritto”, dice Max Telford, uno zoologo dell’University College di Londra e ultimo autore del documento.

Il dibattito si concentra su dove gli acoel si inseriscono nell’albero della famiglia dei bilateri, animali a tre strati con simmetria bilaterale. I biologi dividono questi animali in due rami. Il gruppo più grande, chiamato protostomi, contiene invertebrati come lombrichi, calamari, lumache e insetti. Il gruppo più piccolo, conosciuto come deuterostomi, include sia vertebrati che invertebrati, come i ricci di mare, gli esseri umani e i pesci.

Gli zoologi hanno generalmente collocato gli acoeli nel ramo più antico dei bilateri – prima della divisione tra protostomi e deuterostomi – perché ai vermi mancano molte caratteristiche chiave come una bocca e un ano separati, un sistema nervoso centrale e organi per filtrare i rifiuti. Anche se la posizione degli acoeli si è spostata un po’ nel corso dei decenni, un’analisi del DNA nel 1999 (rif. 2) e molte altre da allora li hanno rimessi al loro posto precedente. In particolare, uno studio genetico di 94 organismi nel 2009 ha solidificato la conclusione che gli acoel appartengono alla base dei bilateri3. Quello studio, condotto da Andreas Hejnol, un biologo dello sviluppo presso il Sars International Centre for Marine Molecular Biology di Bergen, Norvegia, ha confermato che gli acoeli e i loro parenti occupavano un posto intermedio tra gli cnidari e i bilateri più complessi.

“Ho avuto improvvisamente la sensazione che tutto fosse finalmente andato al suo posto”, dice Claus Nielsen, un biologo evolutivo presso il Museo di Storia Naturale della Danimarca, che ha seguito gli acoeli per 40 anni mentre vagavano sull’albero della vita.

Scuotendo l’albero

Ma lo studio di Telford e dei suoi colleghi1 ha scosso di nuovo l’albero e collocato gli acoeli tra i rami dei deuterostomi, accanto agli echinodermi (che includono i ricci di mare) e ai vermi ghianda. Le loro analisi genetiche suggeriscono che gli acoeli – e un verme marino chiamato Xenoturbella – discendono da un antenato più complesso e hanno perso molte delle caratteristiche viste in altri deuterostomi.

I ricercatori hanno usato diversi approcci ed esaminato tre serie di dati indipendenti per arrivare alle loro conclusioni. In primo luogo, hanno rianalizzato i dati dello studio di Hejnol del 20093, utilizzando 66 specie invece di 94. Hervé Philippe, un bioinformatico presso l’Università di Montreal in Quebec, Canada, e primo autore dell’articolo Nature1, dice che il team ha rimosso le specie che avevano dati genetici incompleti o erano “in rapida evoluzione” – nel senso che alcuni dei loro geni avevano accumulato molti cambiamenti, se confrontati con i geni di gruppi animali emersi intorno allo stesso tempo. I programmi informatici filogenetici hanno un problema ben noto con questo tipo di specie e tendono a raggrupparle anche se non sono correlate.

Philippe e i suoi collaboratori hanno usato un modello matematico più sofisticato per analizzare l’evoluzione delle sequenze, che ha contribuito a minimizzare questo problema. Senza questo modello e un’attenta selezione delle specie, dice Philippe, gli acoeli possono cadere alla base dell’albero animale.

Dopo aver analizzato le sequenze dal DNA nucleare, il gruppo ha fatto un albero evolutivo separato basato sui geni nei mitocondri. Hanno anche studiato i microRNA, che regolano l’espressione genica ma non codificano per le proteine. Secondo il co-autore Kevin Peterson, un paleontologo del Dartmouth College di Hanover, New Hampshire, i microRNA sono particolarmente utili per studiare le relazioni evolutive profonde. Il team ha scoperto che gli acoel hanno un tipo di microRNA noto per essere specifico dei deuterostomi, suggerendo che sono imparentati.

Gli autori riconoscono che nessun singolo set di dati conferma l’ipotesi di collocare gli acoel tra i deuterostomi. Ma presi insieme, dice Telford, “il fatto che le nostre prove puntino nella stessa direzione mi fa pensare che sia giusto”.

Se gli acoeli rientrano nei deuterostomi, i vermi devono essersi evoluti da un antenato con un sistema nervoso centrale, una cavità corporea e un intestino passante che collegava ano e bocca – caratteristiche viste nei deuterostomi esistenti. Così i ricercatori avrebbero bisogno di spiegare come acoel e Xenoturbella hanno perso queste e altre caratteristiche. Sarebbero anche lasciati a cercare un’altra stirpe dall’aspetto primitivo che rappresenta il passo evolutivo tra gli animali simili alle meduse e i bilateri. (Se uno esiste. Peterson dice che molte caratteristiche complesse potrebbero essere emerse tutte in una volta.)

Alcuni ricercatori non sono pronti ad abbandonare le vecchie idee su dove si inseriscono gli acoeli. “Sono triste per il loro documento, ma non sono sconvolto”, dice Hejnol. “Sarei sconvolto se la loro analisi fosse eccellente e significasse che abbiamo perso un animale rappresentativo per colmare una transizione importante nell’albero della vita”

Hejnol e i suoi colleghi hanno dubbi sull’affidabilità dell’albero che Telford e il suo team hanno costruito dai geni nucleari, che è la loro prova principale. I critici dicono che i rami chiave dell’albero non sono statisticamente forti come dovrebbero essere.

A causa di questo, Brian O’Meara, un filogenetista dell’Università del Tennessee a Knoxville, chiama il nuovo albero “suggestivo, ma non definitivo”.

Lo studio è stato anche sotto tiro per aver lasciato fuori i dati che alcuni scienziati dicono avrebbero indebolito le conclusioni dei ricercatori. Un autore del documento aveva precedentemente analizzato una specie di verme strettamente correlata agli acoeli conosciuti come Meara stichopi, e non ha trovato microRNA deuterostomi. Ma gli autori difendono la loro decisione di tenere M. stichopi fuori dalla loro analisi dei microRNA a causa delle preoccupazioni sulla qualità di quei dati.

Inoltre, non tutti sono convinti del potere dell’analisi dei microRNA, che è stata adottata solo recentemente per gli studi evolutivi. Questo rapporto segna l’apparizione di più alto profilo del metodo come strumento per risolvere le relazioni. Poiché i microRNA possono essere persi durante l’evoluzione, è possibile che il microRNA dei deuterostomi negli acoeli abbia avuto origine nell’antenato di tutti gli animali bilaterali ma sia stato poi perso nella linea dei protostomi.

Con tanta posta in gioco, i ricercatori sono ansiosi di risolvere la questione. La National Science Foundation degli Stati Uniti ha sollecitato specificamente proposte che mirano a divergenze profonde nella storia evolutiva, come parte di un’iniziativa chiamata Assembling the Tree of Life, dice Tim Collins, un direttore di programma alla fondazione. “Abbiamo fatto un buon lavoro all’interno dei gruppi, ma abbiamo avuto difficoltà a ricostruire i rami più profondi dell’albero della vita”, dice. “Questi sono gli eventi che sono accaduti in un tempo relativamente breve rispetto alla quantità di tempo che è passato da allora, il che rende le cose difficili.”

L’estate scorsa a Kristineberg, Svezia, Hejnol e Telford hanno condiviso una stanza mentre insegnavano una classe insieme. Hanno discusso le loro differenze e discusso un progetto comune in corso che potrebbe risolverle: sequenziare i genomi completi di un acoel, una specie di Xenoturbella e il controverso M. stichopi. Con questo afflusso di nuove informazioni genomiche, i ricercatori sono fiduciosi di poter raggiungere un accordo su dove gli acoeli si inseriscono nella storia evolutiva.

“Stiamo parlando di un risultato molto vicino con un impatto enorme”, dice Hejnol, dell’albero appena proposto. “La cosa buona è che sappiamo come risolvere questo problema”.

Amy Maxmen è una scrittrice freelance con sede a New York City.