De la începutul secolului al XX-lea, zoologii au pornit în zori de la stațiile marine de coastă pentru a cerne viermi de mărimea unui bob de piper din noroiul de pe fundul mării. Aceste creaturi, numite acoels, arată adesea ca niște stropi de vopsea nesemnificativi atunci când sunt văzute prin microscop. Dar ele reprezintă o etapă crucială în evoluția animalelor – tranziția, în urmă cu aproximativ 560 de milioane de ani, de la organisme simple, asemănătoare anemonei, la grădina zoologică de creaturi complexe care populează lumea de astăzi.

Există aproximativ 370 de specii de acoel, care își primește numele pentru că nu are celom – cavitatea corporală plină de lichid care conține organele interne la animalele mai complexe. Acoelii au, de asemenea, o singură gaură atât pentru a mânca, cât și pentru a excreta, similar cu cnidarii – un grup de animale mai vechi din punct de vedere evolutiv, care conține meduze și anemone de mare. Dar, spre deosebire de cnidarii mai simpli, care au doar un strat de țesut interior și unul exterior, acoelii au un al treilea strat de țesut, cel mijlociu. Acesta este aranjamentul întâlnit la orice, de la scorpioni la calamari și foci, sugerând că acoelii reprezintă o formă intermediară.

Această ipoteză a câștigat un sprijin considerabil în ultimii ani, dar un raport publicat în Nature în această săptămână1 îi determină pe oamenii de știință să regândească scenariul. Studiul realizat de o echipă internațională de cercetători, care a folosit noi tehnici și date analitice, îndepărtează viermii acoel din poziția lor de lângă trunchiul evoluției animalelor și îi plasează în schimb mai aproape de vertebrate (vezi „Viziuni concurente asupra evoluției animalelor”).

Click pentru o versiune mai mareU. JONDELIUS

Rearanjarea a declanșat proteste din partea biologilor evoluționiști, care sunt alarmați de faptul că ar putea pierde exemplul lor cheie al acestei etape intermediare cruciale a evoluției animalelor. Unii cercetători se plâng că dovezile nu sunt suficient de puternice pentru a justifica o rearanjare atât de dramatică a arborelui evolutiv și susțin că raportul omite date cheie. În orice caz, vehemența dezbaterii arată cât de importanți au devenit acești viermi în biologia evoluționistă.

„Voi spune, cu diplomație, că aceasta este cea mai tensionată lucrare din punct de vedere politic pe care am scris-o vreodată”, spune Max Telford, un zoolog de la University College London și ultimul autor al lucrării.

Dezbaterea se concentrează pe locul pe care îl ocupă acoalele în arborele genealogic al bilaterienilor, animale cu trei straturi și simetrie bilaterală. Biologii împart aceste animale în două ramuri. Grupul mai mare, numit protostomi, conține nevertebrate precum viermii de pământ, calamarii, melcii și insectele. Grupul mai mic, cunoscut sub numele de deuterostomi, include atât vertebrate, cât și nevertebrate, cum ar fi aricii de mare, oamenii și peștii.

Zoologii au plasat, în general, acoalele pe cea mai timpurie ramură a bilaterienilor – înainte de divizarea dintre protostomi și deuterostomi – deoarece viermilor le lipsesc atât de multe caracteristici cheie, cum ar fi o gură și un anus separate, un sistem nervos central și organe pentru filtrarea deșeurilor. Deși poziția acoelilor s-a mutat puțin de-a lungul deceniilor, o analiză ADN din 1999 (ref. 2) și mai multe de atunci i-au plasat din nou pe locul lor anterior. În special, un studiu genetic efectuat în 2009 pe 94 de organisme a consolidat concluzia că acoels aparținea chiar la baza bilaterienilor3. Acel studiu, condus de Andreas Hejnol, un biolog de dezvoltare de la Centrul Internațional Sars pentru Biologie Moleculară Marină din Bergen, Norvegia, a confirmat că acoels și rudele lor ocupau un loc intermediar între cnidari și bilaterienii mai complecși.

„Am avut brusc sentimentul că totul s-a așezat în sfârșit la locul lui”, spune Claus Nielsen, un biolog evoluționist de la Muzeul de Istorie Naturală din Danemarca, care a urmărit acoels timp de 40 de ani în timp ce rătăceau prin arborele vieții.

Scuturarea arborelui

Dar studiul lui Telford și al colegilor săi1 a scuturat din nou arborele și a plasat acoelii în ramurile deuterostomelor, alături de echinoderme (care includ arici de mare) și de viermii de ghindă. Analizele lor genetice sugerează că acoelii – și un vierme marin numit Xenoturbella – au coborât dintr-un strămoș mai complex și au pierdut multe dintre caracteristicile observate la alți deuterostomi.

Cercetătorii au folosit mai multe abordări și au examinat trei seturi de date independente pentru a ajunge la concluziile lor. În primul rând, ei au reanalizat datele din studiul din 2009 al lui Hejnol3, folosind 66 de specii în loc de 94. Hervé Philippe, bioinformatician la Universitatea din Montreal, Quebec, Canada, și primul autor al lucrării din Nature1, spune că echipa a eliminat speciile care aveau date genetice incomplete sau care au avut o „evoluție rapidă” – ceea ce înseamnă că unele dintre genele lor au acumulat multe modificări, în comparație cu genele din grupuri de animale care au apărut cam în aceeași perioadă. Programele informatice filogenetice au o problemă bine cunoscută cu aceste tipuri de specii și tind să le grupeze împreună chiar dacă nu sunt înrudite.

Philippe și colaboratorii săi au folosit un model matematic mai sofisticat pentru a analiza evoluția secvențelor, ceea ce a ajutat la minimizarea acestei probleme. Fără acest model și o selecție atentă a speciilor, spune Philippe, acoalele pot cădea la baza arborelui animal.

După ce au analizat secvențele din ADN-ul nuclear, grupul a realizat un arbore evolutiv separat bazat pe genele din mitocondrii. Ei au studiat, de asemenea, microARN-urile, care reglează expresia genelor, dar nu codifică pentru proteine. Potrivit coautorului Kevin Peterson, paleontolog la Dartmouth College din Hanover, New Hampshire, microARN-urile sunt deosebit de utile pentru a studia relațiile evolutive profunde. Echipa a descoperit că acoelii au un tip de microARN cunoscut ca fiind specific deuterostomilor, ceea ce sugerează că sunt înrudiți.

Autorii recunosc că nu există un singur set de date care să susțină cazul pentru plasarea acoelilor în cadrul deuterostomilor. Dar, luate împreună, spune Telford, „faptul că dovezile noastre arată în aceeași direcție mă face să cred că este corect”.

Dacă acoels se încadrează în deuterostomi, viermii trebuie să fi evoluat de la un strămoș cu un sistem nervos central, o cavitate corporală și un intestin de trecere care făcea legătura între anus și gură – caracteristici observate la deuterostomii existenți. Așadar, cercetătorii ar trebui să explice cum acoels și Xenoturbella au pierdut aceste caracteristici și altele. De asemenea, ei ar trebui să caute un alt neam cu aspect primitiv care să reprezinte pasul evolutiv dintre animalele asemănătoare meduzelor și bilaterieni. (Dacă ar exista măcar una. Peterson spune că este posibil ca multe caracteristici complexe să fi apărut deodată.)

Câțiva cercetători nu sunt gata să renunțe la vechile idei despre locul în care se încadrează acoels. „Sunt trist în legătură cu lucrarea lor, dar nu sunt supărat”, spune Hejnol. „Aș fi supărat dacă analiza lor ar fi fost excelentă și ar fi însemnat că am pierdut un animal reprezentativ pentru a acoperi o tranziție importantă în arborele vieții.”

Hejnol și colegii săi au îndoieli cu privire la fiabilitatea arborelui pe care Telford și echipa sa l-au construit pornind de la genele nucleare, care reprezintă principala lor dovadă. Criticii spun că ramurile cheie ale arborelui nu sunt atât de puternice din punct de vedere statistic pe cât ar trebui să fie.

Din acest motiv, Brian O’Meara, un filogenetician de la Universitatea Tennessee din Knoxville, numește noul arbore „sugestiv, dar nu definitiv”.

Studiul a fost, de asemenea, criticat pentru că a omis date despre care unii oameni de știință spun că ar fi slăbit concluziile cercetătorilor. Un autor al lucrării a analizat anterior o specie de vierme strâns înrudită cu acoels, cunoscută sub numele de Meara stichopi, și nu a găsit microARN deuterostom. Dar autorii își apără decizia de a nu include M. stichopi în analiza microARN din cauza preocupărilor legate de calitatea acelor date.

În plus, nu toată lumea este convinsă de puterea analizei microARN, care a fost adoptată doar recent pentru studiile evolutive. Acest raport marchează cea mai mediatizată apariție de până acum a metodei ca instrument de rezolvare a relațiilor. Deoarece microARN-urile pot fi pierdute în timpul evoluției, este posibil ca microARN-ul deuterostomilor din acoels să își aibă originea în strămoșul tuturor animalelor bilaterale, dar să se fi pierdut ulterior în linia protostomilor.

Cu atât de multe în joc, cercetătorii sunt dornici să rezolve această problemă. Fundația Națională pentru Știință din SUA a solicitat în mod special propuneri care vizează divergențe profunde în istoria evoluției, ca parte a unei inițiative numite Assembling the Tree of Life (Asamblarea arborelui vieții), spune Tim Collins, director de program la această fundație. „Am făcut o treabă bună în cadrul grupurilor, dar ne-a fost greu să reconstruim cele mai adânci ramuri ale arborelui vieții”, spune el. „Acestea sunt evenimentele care s-au petrecut într-un timp relativ scurt în comparație cu cantitatea de timp care a trecut de atunci, ceea ce îngreunează lucrurile.”

Vara trecută, în Kristineberg, Suedia, Hejnol și Telford au împărțit o cameră în timp ce predau un curs împreună. Ei și-au dezbătut diferențele și au discutat despre un proiect comun în curs de desfășurare care le-ar putea rezolva: secvențierea genomului complet al unui acoel, al unei specii de Xenoturbella și al controversatului M. stichopi. Cu acest aflux de noi informații genomice, cercetătorii sunt încrezători că pot ajunge la un acord cu privire la locul acoelilor în istoria evoluției.

„Vorbim despre un rezultat foarte apropiat cu un impact uriaș”, spune Hejnol, despre arborele nou propus. „Lucrul bun este că știm cum să rezolvăm această problemă”.

Amy Maxmen este un scriitor independent cu sediul în New York City.