Od przełomu XX i XXI wieku zoolodzy wyruszają o świcie z przybrzeżnych stacji morskich, aby przesiewać robaki wielkości ziarnka pieprzu z mułu dennego. Stworzenia te, zwane akoelami, często wyglądają jak niewarte uwagi odpryski farby widziane przez mikroskop. Ale stanowią one kluczowy etap w ewolucji zwierząt – przejście około 560 milionów lat temu od prostych organizmów podobnych do anemonów do zoo złożonych stworzeń, które zaludniają świat dzisiaj.

Istnieje około 370 gatunków acoel, który dostaje swoją nazwę, ponieważ brakuje mu coelom – wypełnionej płynem jamy ciała, która utrzymuje narządy wewnętrzne w bardziej złożonych zwierząt. Acoels również mają tylko jeden otwór zarówno do jedzenia i wydalania, podobnie jak knidaria – grupa ewolucyjnie starszych zwierząt zawierających meduzy i ukwiały morskie. Ale w przeciwieństwie do prostszych knidriowate, które mają tylko wewnętrzną i zewnętrzną warstwę tkanki, acoele mają trzecią, środkową warstwę tkanki. To jest układ znaleziony we wszystkim od skorpionów do kałamarnic do fok, sugerując, że acoels reprezentują formę pośrednią.

Ta hipoteza zyskała znaczne wsparcie w ostatnich latach, ale raport opublikowany w Nature w tym tygodniu1 powoduje, że naukowcy ponownie przemyśleć fabułę. Badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców, którzy wykorzystali nowe techniki analityczne i dane, usuwa robaki acoel z ich pozycji w pobliżu pnia ewolucji zwierząt i zamiast tego umieszcza je bliżej kręgowców (patrz 'Competing views of animal evolution’).

Kliknij, aby powiększyć wersjęU. JONDELIUS

Przestawienie to wywołało protesty biologów ewolucyjnych, którzy są zaniepokojeni, że mogą stracić swój kluczowy przykład tego istotnego pośredniego etapu ewolucji zwierząt. Niektórzy badacze skarżą się, że dowody nie są wystarczająco mocne, aby uzasadnić tak dramatyczną zmianę układu drzewa ewolucyjnego i twierdzą, że raport pomija kluczowe dane. W każdym razie, gwałtowność debaty pokazuje, jak ważne stały się te robaki w biologii ewolucyjnej.

„Dyplomatycznie powiem, że jest to najbardziej politycznie napięta praca, jaką kiedykolwiek napisałem”, mówi Max Telford, zoolog z University College London i ostatni autor pracy.

Dyskusja skupia się na tym, gdzie małże pasują do drzewa genealogicznego bilaterii, trójwarstwowych zwierząt o symetrii dwustronnej. Biolodzy dzielą te zwierzęta na dwie gałęzie. Większa grupa, zwana protostomami, zawiera bezkręgowce, takie jak dżdżownice, kałamarnice, ślimaki i owady. Mniejsza grupa, znana jako deuterostomy, obejmuje zarówno kręgowce, jak i bezkręgowce, takie jak jeżowce, ludzie i ryby.

Zoolodzy ogólnie umieścili acoels na najwcześniejszej gałęzi bilaterii – przed podziałem między protostomami i deuterostomami – ponieważ robakom brakuje tak wielu kluczowych cech, takich jak oddzielne usta i odbyt, centralny układ nerwowy i narządy do filtrowania odpadów. Chociaż pozycja acele ulegała pewnym przesunięciom na przestrzeni dziesięcioleci, analiza DNA przeprowadzona w 1999 roku (ref. 2) oraz kilka innych od tego czasu pozwoliły umieścić je z powrotem na ich wcześniejszym miejscu. W szczególności badania genetyczne 94 organizmów z 2009 roku utwierdziły nas w przekonaniu, że acoels należą do podstawy bilaterii3. Badanie to, prowadzone przez Andreasa Hejnola, biologa rozwojowego z Sars International Centre for Marine Molecular Biology w Bergen w Norwegii, potwierdziło, że acoele i ich krewni zajmowali miejsce pośrednie między knidariami a bardziej złożonymi dwudysznymi.

„Nagle poczułem, że wszystko w końcu znalazło się na swoim miejscu” – mówi Claus Nielsen, biolog ewolucyjny z Natural History Museum w Danii, który przez 40 lat śledził losy acoeli, wędrujących po drzewie życia.

Potrząsanie drzewem

Ale badanie przeprowadzone przez Telforda i jego kolegów1 ponownie potrząsnęło drzewem i umieściło acoele w gałęziach deuterostomowych, obok szkarłupni (które obejmują jeżowce) i robaków żołędziowych. Ich analizy genetyczne sugerują, że acoels – i morskiego robaka o nazwie Xenoturbella – pochodzi od bardziej złożonego przodka i stracił wiele cech widocznych w innych deuterostomes.

Badacze wykorzystali kilka podejść i zbadali trzy niezależne zestawy danych, aby dojść do swoich wniosków. Po pierwsze, ponownie przeanalizowali dane z badania Hejnol’a z 2009 roku3, używając 66 gatunków zamiast 94. Hervé Philippe, bioinformatyk z Uniwersytetu Montrealskiego w Quebecu w Kanadzie i pierwszy autor artykułu w Nature1, mówi, że zespół usunął gatunki, które miały niekompletne dane genetyczne lub były „szybko ewoluujące” – co oznacza, że niektóre z ich genów uległy wielu zmianom w porównaniu z genami grup zwierząt, które pojawiły się w tym samym czasie. Filogenetyczne programy komputerowe mają dobrze znany problem z tego rodzaju gatunkami i mają tendencję do grupowania ich razem, nawet jeśli nie są spokrewnione.

Philippe i jego współpracownicy użyli bardziej wyrafinowanego modelu matematycznego do analizy ewolucji sekwencji, co pomogło zminimalizować ten problem. Bez tego modelu i starannej selekcji gatunkowej, mówi Philippe, małże mogą spaść u podstawy drzewa zwierząt.

Po przeanalizowaniu sekwencji z jądrowego DNA, grupa wykonała oddzielne drzewo ewolucyjne oparte na genach w mitochondriach. Badali również mikroRNA, które regulują ekspresję genów, ale nie kodują białek. Według współautora Kevina Petersona, paleontologa z Dartmouth College w Hanover, New Hampshire, mikroRNA są szczególnie przydatne do badania głębokich relacji ewolucyjnych. Zespół odkrył, że małże mają typ mikroRNA znany jako specyficzny dla deuterostomów, co sugeruje, że są one spokrewnione.

Autorzy przyznają, że żaden pojedynczy zestaw danych nie rozstrzyga sprawy na rzecz umieszczenia małży w obrębie deuterostomów. Ale razem wzięte, mówi Telford, „fakt, że nasze dowody wskazują w tym samym kierunku sprawia, że myślę, że jest to słuszne”.

Jeśli acele pasują do deuterostomów, robaki musiały wyewoluować od przodka z centralnym układem nerwowym, jamą ciała i przechodzącym jelitem, które łączyło odbyt i usta – cechy widoczne u istniejących deuterostomów. Naukowcy musieliby więc wyjaśnić, w jaki sposób acoels i Xenoturbella utraciły te i inne cechy. Pozostawiono by im również poszukiwanie innej prymitywnie wyglądającej linii, która reprezentowałaby krok ewolucyjny między zwierzętami meduzopodobnymi a dwudysznymi. (O ile taka w ogóle istnieje. Peterson twierdzi, że wiele złożonych cech mogło pojawić się jednocześnie.)

Niektórzy badacze nie są gotowi zrezygnować ze starych pomysłów na to, gdzie pasują acele. „Jestem smutny z powodu ich artykułu, ale nie jestem zdenerwowany,” mówi Hejnol. „Byłbym zmartwiony, gdyby ich analiza była doskonała i oznaczała, że straciliśmy reprezentatywne zwierzę, które stanowiło pomost do ważnego przejścia w drzewie życia.”

Hejnol i jego koledzy mają wątpliwości co do wiarygodności drzewa, które Telford i jego zespół zbudowali z genów jądrowych, które są ich głównym dowodem. Krytycy twierdzą, że kluczowe gałęzie drzewa nie są tak statystycznie silne, jak powinny być.

Z tego powodu Brian O’Meara, filogenetyk na Uniwersytecie Tennessee w Knoxville, nazywa nowe drzewo „sugestywnym, ale nie ostatecznym”.

Badanie znalazło się również pod ostrzałem za pominięcie danych, które zdaniem niektórych naukowców osłabiłyby wnioski badaczy. Autor na papierze wcześniej przeanalizował gatunek robaka blisko spokrewnionego z acelami, znanego jako Meara stichopi, i nie znalazł deuterostomowego mikroRNA. Ale autorzy bronią swojej decyzji, aby utrzymać M. stichopi z ich analizy mikroRNA z powodu obaw o jakość tych danych.

Co więcej, nie wszyscy są przekonani o sile analizy mikroRNA, która dopiero niedawno została przyjęta do badań ewolucyjnych. Ten raport oznacza najbardziej głośne pojawienie się tej metody jako narzędzia do rozwiązywania związków. Ponieważ mikroRNA może zostać utracone podczas ewolucji, możliwe jest, że deuterostomowe mikroRNA w małżach pochodzi od przodka wszystkich zwierząt dwunożnych, ale zostało później utracone w linii protostomowej.

Z tak wielką stawką, naukowcy są chętni do rozwiązania tej kwestii. Amerykańska Narodowa Fundacja Naukowa szczególnie zabiegała o propozycje, które dotyczą głębokich rozbieżności w historii ewolucji, w ramach inicjatywy o nazwie Assembling the Tree of Life, mówi Tim Collins, dyrektor programowy w fundacji. „Wykonaliśmy dobrą robotę w obrębie grup, ale trudno nam było zrekonstruować najgłębsze gałęzie drzewa życia” – mówi. „To są wydarzenia, które miały miejsce w stosunkowo krótkim czasie w porównaniu z ilością czasu, który upłynął od tego czasu, co czyni rzeczy trudnymi.”

Zeszłego lata w Kristineberg, Szwecja, Hejnol i Telford dzielili pokój podczas wspólnego nauczania klasy. Omawiali swoje różnice i dyskutowali o trwającym wspólnym projekcie, który może je rozstrzygnąć: sekwencjonowanie pełnych genomów acoela, gatunku Xenoturbella i kontrowersyjnego M. stichopi. Z tym napływem nowych informacji genomowych, naukowcy są pewni, że mogą osiągnąć porozumienie co do tego, gdzie acoel pasuje w historii ewolucji.

„Mówimy o bardzo bliskim wyniku z ogromnym wpływem”, mówi Hejnol, z nowo zaproponowanego drzewa. „Dobrą rzeczą jest to, że wiemy, jak rozwiązać ten problem”.

Amy Maxmen jest freelancerem z siedzibą w Nowym Jorku.

.