Żebropławy, czyli dziwactwa ewolucji

To jest zwierzę wielokomórkowe.

Przez lata było wiele sporów o to, jak te typy są spokrewnione, a jest to ważne, ponieważ niektóre z nich mają wspólne cechy (jamochłony, żebropławy i zwierzęta dwubocznie symetryczne mają, na przykład, układy nerwowe; inne nie mają; choć tylko zwierzęta dwubocznie symetryczne i żebropławy mają „mezodermę”, środkową warstwę tkanki w zygocie, która tworzy między innymi mięśnie zwierząt dwubocznie symetrycznych). Te cechy wspólne sugerują wspólnych przodków. Już te podobieństwa, które opisałem, sugerowałyby, że naszymi najbliższymi krewnymi – a przez „nasze” rozumiem zwierzęta dwubocznie symetryczne – mogą być żebropławy, ale ich mezoderma jest inna od naszej. I bardzo przypominają meduzy. Kiedy byłem młodszy, uczono mnie, że gąbki – z powodu jakichś osobliwych komórek z wiciami – mogą być grupą zewnętrzną dla wszystkich zwierząt (grupą siostrzaną wszystkich innych grup).

Ogólnie mówiąc, grupowanie typów wielokomórkowców było kontrowersyjne i pozostawało nierozwiązane, ale teraz era sekwencjonowania całych genomów oferuje sposób na rozwiązanie zagadki.

Artykuł Ryana i in. opiera się na sekwencjonowaniu całego genomu jednego gatunku żebropławów Mnemiopsis leidyi (jeden gatunek z każdej grupy wystarczy, kiedy próbujesz rozwiązać problem tak dawno rozdzielonych taksonów, które rozeszły się mniej więcej w czasie eksplozji kambryjskiej, ponad 500 milionów lat temu). Oto M. leidyi:

Zdjęcie: Krister Hall; portfolio: http://photo.net/photodb/member-photos?user_id=880342

Spójrzmy jednak najpierw na kilka żebropławów, jako że ten opalizujący gatunek morski z migającymi falami światła należy do najpiękniejszych zwierząt:

Nie chcę rozwodzić się zbyt długo nad samym artykułem, ale kilka głównych odkryć pochodzi z porównania genomu tego gatunku (zarówno sekwencji DNA, jak i tego, które geny są obecne lub nieobecne w tych grupach) z przedstawicielami czterech innych typów, jak również ze zdecydowaną „grupą zewnętrzną” (zwierzętami jednokomórkowymi; użyli “choanoflagellate“ wiciowców kołnierzykowatych [http://pl.wikipedia.org/wiki/Wiciowce_ko%C5%82nierzykowe ]: jednokomórkowe zwierzę z wicią otoczoną kołnierzykiem). Filogenetyka różniła się trochę, zależnie od tego, jak dokonywali analizy, ale najbardziej definitywne drzewo rodowe, lepiej poparte statystycznie niż inne, używało obecności lub nieobecności grup genów jako sposobu oceniania pokrewieństwa. Oto ich filogeneza narysowana w streszczeniu przez Rokasa:

• Pokazuje, że żebropławy są grupą zewnętrzną dla wszystkich innych wielokomórkowców. To jest, że ich przodkowie odgałęzili się od przodków gąbek, płaskowców, parzydełkowców i zwierząt dwustronnie symetrycznych. Jest to niespodzianka, ponieważ żebropławy są bardziej podobne do meduz niż do czegokolwiek innego. To podobieństwo jest jednak powierzchowne i daje mylne wyobrażenie o prawdziwym pokrewieństwie genetycznym. (Wygląd może oszukiwać, genomy już nie tak bardzo.) Nie ulega wątpliwości, że jest to poprawne i że siostrzaną grupą dla nas (zwierząt dwustronnie symetrycznych) są parzydełkowce. To jest niespodzianka. Jesteśmy w rzeczywistości bliżej spokrewnieni z gąbkami i tymi dziwacznymi płaskowcami niż z żebropławami.

• Jedynymi zwierzętami na tym drzewie, które mają układ nerwowy, są zwierzęta dwustronnie symetryczne, parzydełkowce i żebropławy; płaskowce i gąbki go nie mają. I, jak pokazuje nowe badanie sekwencjonujące DNA, te układy nerwowe opierają się na ekspresji podobnych genów w tych trzech grupach, a więc nie wyewoluowały niezależnie.

• Powyższe odkrycie sugeruje, że 1.) przodek wszystkich zwierząt wielokomórkowych miał układ nerwowy, który płaskowce i gąbki straciły później, albo, że 2.) przodek miał wymagane geny do zbudowania układu nerwowego, ale były pierwotnie używane do czegoś innego i włączone u zwierząt dwustronnie symetrycznych, parzydełkowców i żebropławów do budowania neuronów i innych składników tego układu. Chociaż to drugie może wydawać się mniej prawdopodobne, są znane wypadki, kiedy te same geny są kooptowane w różnych liniach rodowych do budowania podobnych struktur. (Na przykład, oczy ludzi i muszek owocowych wyewoluowały niezależnie, ale w obu ważną rolę odgrywa gen zwany Pax6.) Rysunek Rokasa sugeruje możliwość 1) – pełen układ nerwowy u wspólnego przodka – ale tego jeszcze nie wiemy.

• Wreszcie, geny, które tworzą mezodermę u żebropławów – środkową warstwę tkanki – różnią się od tych, które tworzą mezodermę u zwierząt dwustronnie symetrycznych, jak warstwa tkanki, która buduje mięśnie i tkankę łączną. Jest więc całkiem wyraźne, że mezoderma wyewoluowała niezależnie dwa razy i że przedstawienie na diagramie Rokasa jest poprawne. Mezodermy u zwierząt dwustronnie symetrycznych i u parzydełkowców są analogiczne, ale nie “homologiczne”, tj. są podobne w budowie ale nie w pochodzeniu ewolucyjnym.

W artykule Ryana i in. jest jeszcze dużo więcej, ale dla większości z nas to wystarczy. Do artykułu jest darmowy dostęp, jeśli chcecie przeczytać więcej. Tym, co mnie uderza najbardziej, jest, że podobieństwo między żebropławami a meduzami nie odzwierciedla bliskiego pokrewieństwa i że prawdopodobnie wyewoluowały one niezależnie – chyba że wspólny przodek wszystkich wielokomórkowców przypominał meduzę (nieprawdopodobne!). Możliwość, że wspólny przodek miał także układ nerwowy, jest intrygująca. Nie zostanie to rozwiązane aż potrafimy zrozumieć, co naprawdę robią w gąbkach te geny, które budują układy nerwowe w żebropławach i zwierzętach dwustronnie symetrycznych (ale nie w gąbkach) – to jest, potrzebujemy funkcjonalnej analizy genów gąbki „typu układu nerwowego”.

_________

Ryan, J. F., K. Pang, C. E. Schnitzler, A.-D. Nguyen, R. T. Moreland, D. K. Simmons, B. J. Koch, W. R. Francis, P. Havlak, S. A. Smith, N. H. Putnam, S. H. D. Haddock, C. W. Dunn, T. G. Wolfsberg, J. C. Mullikin, M. Q. Martindale, and A. D. Baxevanis. 2013. The genome of the ctenophore Mnemiopsis leidyi and its implications for cell type evolution. Science 342:1336-1344.

Rokas, A.2013. My oldest sister is a sea walnut? Science 342:1327-1329.

The outgroup for animals ctenophores

Why Evolution Is True, 20 grudnia 2013

Tłumaczenie M.K.

Jerry A. Coyne
Profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza ksiażka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków.  Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.