Sinds het begin van de twintigste eeuw gaan zoölogen bij zonsopgang vanuit kuststations op pad om peperkorrelgrote wormen uit zeebodemvuil te zeven. Deze wezens, acoels genaamd, zien er door een microscoop vaak uit als onopvallende verfspatten. Maar ze vertegenwoordigen een cruciale fase in de evolutie van dieren – de overgang zo’n 560 miljoen jaar geleden van eenvoudige anemoonachtige organismen naar de dierentuin van complexe wezens die de wereld van vandaag bevolken.

Er zijn ongeveer 370 soorten acoelen, die hun naam te danken hebben aan het feit dat ze geen spoelkamer hebben – de met vloeistof gevulde lichaamsholte waarin de inwendige organen van complexere dieren worden bewaard. Acoelen hebben ook maar één opening om te eten en uit te scheiden, vergelijkbaar met cnidariërs – een groep van evolutionair oudere dieren die kwallen en zeeanemonen omvat. Maar in tegenstelling tot de eenvoudigere cnidaria, die alleen een binnenste en buitenste weefsellaag hebben, hebben acoelen een derde, middelste weefsellaag. Dat is de indeling die wordt gevonden bij alles van schorpioenen tot inktvissen tot zeehonden, wat suggereert dat acoelen een tussenvorm vertegenwoordigen.

Die hypothese heeft de laatste jaren aanzienlijke steun gekregen, maar een rapport dat deze week is gepubliceerd in Nature1 brengt wetenschappers ertoe de verhaallijn te heroverwegen. De studie van een internationaal team van onderzoekers, die nieuwe analysetechnieken en gegevens gebruikten, verwijdert acoelwormen van hun positie dicht bij de stam van de dierlijke evolutie en plaatst ze in plaats daarvan dichter bij gewervelde dieren (zie ‘Concurrerende visies op dierlijke evolutie’).

Klik voor grotere versieU. JONDELIUS

De herschikking heeft geleid tot protesten van evolutiebiologen, die verontrust zijn dat zij hun belangrijkste voorbeeld van dat cruciale tussenstadium van dierlijke evolutie kunnen verliezen. Sommige onderzoekers klagen dat het bewijs niet sterk genoeg is om zo’n dramatische herschikking van de evolutionaire boom te rechtvaardigen, en beweren dat het rapport belangrijke gegevens weglaat. Hoe dan ook, de heftigheid van het debat laat zien hoe belangrijk deze wormen zijn geworden in de evolutionaire biologie.

“Ik zal diplomatiek zeggen dat dit het meest politiek beladen artikel is dat ik ooit heb geschreven,” zegt Max Telford, een zoöloog aan het University College London en laatste auteur van het artikel.

Het debat spitst zich toe op de vraag waar acoelen passen in de stamboom van bilateriachtigen, drielagige dieren met bilaterale symmetrie. Biologen verdelen deze dieren in twee takken. De grotere groep, protostomen genoemd, omvat ongewervelde dieren zoals regenwormen, inktvissen, slakken en insecten. De kleinere groep, bekend als deuterostomes, omvat zowel gewervelde als ongewervelde dieren, zoals zee-egels, mensen en vissen.

Zoollogen hebben acoelen over het algemeen geplaatst in de vroegste tak van de bilaterianen – vóór de splitsing tussen protostomes en deuterostomes – omdat de wormen zo veel belangrijke kenmerken missen, zoals een aparte mond en anus, een centraal zenuwstelsel en organen om afval te filteren. Hoewel de positie van acoels in de loop van de decennia wat is verschoven, hebben een DNA-analyse in 1999 (ref. 2) en verschillende andere sindsdien hen weer op hun vroegere plaats teruggeplaatst. Met name een genetische studie van 94 organismen in 2009 heeft de conclusie bevestigd dat de acoel helemaal onderaan de bilaterianen thuishoort3. Die studie, geleid door Andreas Hejnol, een ontwikkelingsbioloog aan het Sars Internationaal Centrum voor Mariene Moleculaire Biologie in Bergen, Noorwegen, bevestigde dat acoelen en hun verwanten een tussenpositie innamen tussen cnidaria en de meer complexe bilateriairen.

“Ik had plotseling het gevoel dat alles eindelijk op zijn plaats was gevallen,” zegt Claus Nielsen, een evolutiebioloog aan het Natuurhistorisch Museum van Denemarken, die 40 jaar acoelen heeft gevolgd tijdens hun zwerftocht door de boom van het leven.

Schudden aan de boom

Maar de studie van Telford en zijn collega’s1 heeft de boom opnieuw geschud en acoelen geplaatst in de deuterostome takken, naast de stekelhuidigen (waartoe zee-egels behoren) en eikelwormen. Hun genetische analyses suggereren dat de acoels – en een zeeworm met de naam Xenoturbella – afstammen van een complexere voorouder en veel van de kenmerken hebben verloren die bij andere deuterostomen worden gezien.

De onderzoekers gebruikten verschillende benaderingen en onderzochten drie onafhankelijke datasets om tot hun conclusies te komen. Ten eerste hebben zij de gegevens van Hejnol’s studie uit 20093 opnieuw geanalyseerd, waarbij zij 66 soorten gebruikten in plaats van 94. Hervé Philippe, bio-informaticus aan de Universiteit van Montreal in Quebec, Canada, en eerste auteur van het Nature-artikel1, zegt dat het team soorten heeft verwijderd die onvolledige genetische gegevens hadden of “snel evoluerend” waren – wat betekent dat sommige van hun genen veel veranderingen hadden geaccumuleerd, in vergelijking met genen van diergroepen die rond dezelfde tijd zijn ontstaan. Fylogenetische computerprogramma’s hebben een bekend probleem met dit soort soorten en hebben de neiging ze samen te groeperen, ook al zijn ze niet verwant.

Philippe en zijn medewerkers gebruikten een meer verfijnd wiskundig model om de sequentie-evolutie te analyseren, wat hielp om dit probleem te minimaliseren. Zonder dit model en zorgvuldige soortenselectie, zegt Philippe, kunnen acoelen aan de basis van de dierenboom vallen.

Na de analyse van sequenties uit kern-DNA, maakte de groep een aparte evolutionaire boom op basis van genen in mitochondriën. Zij bestudeerden ook microRNA’s, die genexpressie reguleren maar niet coderen voor eiwitten. Volgens co-auteur Kevin Peterson, paleontoloog aan het Dartmouth College in Hanover, New Hampshire, zijn microRNA’s bijzonder nuttig voor het bestuderen van diepe evolutionaire verwantschappen. Het team ontdekte dat acoels een type microRNA hebben waarvan bekend is dat het specifiek is voor deuterostomes, wat suggereert dat ze verwant zijn.

De auteurs erkennen dat geen enkele gegevensverzameling de zaak bekrachtigt voor het plaatsen van acoels binnen de deuterostomes. Maar alles bij elkaar genomen, zegt Telford, “het feit dat ons bewijs in dezelfde richting wijst, doet me denken dat het juist is”.

Als acoels inderdaad binnen de deuterostomes passen, moeten de wormen zijn geëvolueerd uit een voorouder met een centraal zenuwstelsel, een lichaamsholte en een doorgaande darm die een anus en een mond verbond – kenmerken die bij bestaande deuterostomes worden gezien. Onderzoekers zouden dus moeten verklaren hoe acoels en Xenoturbella deze en andere kenmerken hebben verloren. Zij zouden ook op zoek moeten gaan naar een andere primitief uitziende lijn die de evolutionaire stap tussen kwalachtige dieren en bilaterianen vertegenwoordigt. (Als die al bestaat. Peterson zegt dat veel complexe kenmerken in één keer kunnen zijn ontstaan.)

Sommige onderzoekers zijn nog niet klaar om de oude ideeën over waar acoelen passen op te geven. “Ik ben verdrietig over hun artikel, maar ik ben niet boos,” zegt Hejnol. “Ik zou boos zijn als hun analyse uitstekend was en het betekende dat we een representatief dier verloren om een belangrijke overgang in de boom des levens te overbruggen.”

Hejnol en zijn collega’s hebben twijfels over de betrouwbaarheid van de boom die Telford en zijn team hebben opgebouwd uit nucleaire genen, wat hun belangrijkste bewijs is. Critici zeggen dat de belangrijkste takken van de boom statistisch niet zo sterk zijn als ze zouden moeten zijn.

Om die reden noemt Brian O’Meara, een fylogeneticus aan de Universiteit van Tennessee in Knoxville, de nieuwe boom “suggestief, maar niet definitief”.

De studie is ook onder vuur komen te liggen vanwege het weglaten van gegevens die volgens sommige wetenschappers de conclusies van de onderzoekers zouden hebben afgezwakt. Een auteur van het artikel had eerder een wormsoort geanalyseerd die nauw verwant is aan de acoel, bekend als Meara stichopi, en vond geen deuterostome microRNA. Maar de auteurs verdedigen hun beslissing om M. stichopi buiten hun microRNA-analyse te houden, omdat zij zich zorgen maken over de kwaliteit van die gegevens.

Bovendien is niet iedereen overtuigd van de kracht van microRNA-analyse, die pas sinds kort voor evolutionaire studies wordt gebruikt. Dit rapport markeert de meest spraakmakende verschijning van de methode tot nu toe als een hulpmiddel om verwantschappen op te lossen. Omdat microRNA’s tijdens de evolutie verloren kunnen gaan, is het mogelijk dat de deuterostome microRNA in acoels zijn oorsprong vond in de voorouder van alle tweezijdige dieren, maar later verloren is gegaan in de protostome lijn.

Met zoveel op het spel, zijn onderzoekers erop gebrand om de kwestie op te lossen. De Amerikaanse National Science Foundation heeft specifiek gevraagd om voorstellen die gericht zijn op diepe divergenties in de evolutionaire geschiedenis, als onderdeel van een initiatief genaamd Assembling the Tree of Life, zegt Tim Collins, een programmadirecteur bij de stichting. “We hebben goed werk verricht binnen groepen, maar we hebben het moeilijk gehad om de diepste takken van de levensboom te reconstrueren,” zegt hij. “Dit zijn de gebeurtenissen die in een relatief korte tijd hebben plaatsgevonden in vergelijking met de hoeveelheid tijd die sindsdien is verstreken, wat het moeilijk maakt.”

De afgelopen zomer in Kristineberg, Zweden, deelden Hejnol en Telford een kamer terwijl ze samen een klas les gaven. Ze debatteerden over hun meningsverschillen en bespraken een lopend gezamenlijk project dat hen zou kunnen bijleggen: het sequencen van de volledige genomen van een acoel, een Xenoturbella-soort en de controversiële M. stichopi. Met die toevloed van nieuwe genomische informatie, hebben de onderzoekers er vertrouwen in dat ze overeenstemming kunnen bereiken over waar acoels in de evolutionaire geschiedenis passen.

“We hebben het over een zeer nauw resultaat met een enorme impact,” zegt Hejnol, van de nieuw voorgestelde boom. “Het goede is dat we weten hoe we dit probleem kunnen oplossen.”

Amy Maxmen is een freelance schrijfster gevestigd in New York City.