Czy gąbki są najbliższymi krewnymi pozostałych zwierząt?

Każde żywe stworzenie z królestwa (Animalia) włącznie z wielokomórkowymi organizmami, a często wiele jednokomórkowych organizmów (takich jak pierwotniaki), które różnią się od roślin przez posiadanie komórek bez ścianek celulozowych, przez brak chlorofilu i zdolności do fotosyntezy, przez wymóg bardziej złożonych materiałów pokarmowych (takich jak białka), przez budowę o większym stopniu złożoności i przez zdolność spontanicznych ruchów i szybkich motorycznych reakcji na bodźce.    

Pozostawmy “zwierzęta” jednokomórkowe (na ilustracji poniżej zgrupowane w “(outgroup”) i skoncentrujmy się na zwierzętach wielokomórkowych.

Zwierzęta wielokomórkowe obejmują (jak pokazuje poniżej filogeneza) Ctenophore, czyli żebropławy, Porifera (gąbki), Placozoan (wolnożyjące ale małe organizmy wielokomórkowe), Cnidaria (korale, meduzy, ukwiały i ich krewnych) oraz Bilateria (wszystko inne; wszystkie zwierzęta z głową i ogonem, jak również brzuchem i grzbietem na jakimś etapie życia, włącznie z szkarłupniami, które mają te cechy jako larwy). Przez lata kombinacja analizy rozwojowej, morfologicznej i molekularnej dała dwa sprzeczne drzewa życia, jakie pokazuję poniżej.

Oba drzewa są takie same poza sporem o “outgroup” (“oderwanej grupy” lub “siostrzanej grupy”), najbliższego żyjącego krewnego olbrzymiej większości zwierząt i pierwszej grupy, która oddzieliła się od reszty. Jedna szkoła (pokazana po lewej stronie) uważa żebropławy za tę siostrzaną grupę. Druga, pokazana po prawej stronie, utrzymuje, że to miejsce należy do gąbek, a żebropławy oddzieliły się później.

Tutaj jest przykład żebropława (zdjęcia z Wikipedii):

I grupa gąbek:

Argument na rzecz gąbek jako grupy siostrzanej opiera się na obserwacji, że żebropławy dzielą unikatowe cechy z innymi zwierzętami, włącznie z elementami układu nerwowego i (poza płaskowcami) mają mięśnie i rurkowaty układ trawienny. Ale gąbki niczego takiego nie mają. Ponadto, gąbki składają się z komórek kołnierzykowych czyli choanocytów, które są podobne do “wiciowców kołnierzykowych“, jednokomórkowych pierwotniaków, o których sądzi się, że są najbliższym krewnym wszystkich zwierząt od gąbki w dół. To podobieństwo sugeruje, że wspólny przodek wszystkich zwierząt wielokomórkowych mógł być czymś przypominającym gąbkę, co popiera drugą filogenezę powyżej. Sugeruje to także, że gąbki zmieniły się stosunkowo niewiele po wyewoluowaniu zwierząt wielokomórkowych, podczas gdy wszystko inne zmieniło się znacznie bardziej.  

Niektóre molekularne filogenezy sugerują jednak, że znacznie bardziej złożone żebropławy mogą być grupą siostrzaną zamiast gąbek. To jest nieco bardziej problematyczne dla mnie i dla Matthew (patrz jego audycja w BBC, poniżej), jeśli bowiem gąbki są rzeczywiście bliżej spokrewnione z innymi zwierzętami niż żebropławy, dlaczego żebropławy mają mięśnie, nerwy i układ trawienny jak większość innych zwierząt, ale gąbki tego nie mają? Utrzymywanie, że żebropławy są siostrzaną grupą zamiast gąbek, wymaga założenia dwóch możliwości:

A.) Wspólny przodek wszystkich zwierząt miał układ nerwowy, mięśnie i jelita, co przetrwało we wszystkich grupach poza gąbkami, które straciły te cechy. To wydaje się niezbyt prawdopodobne, ale możliwe.

lub

B.) Wspólny przodek wszystkich zwierząt nie miał tych cech, ale wyewoluowały one niezależnie u wiciowców kołnierzykowych i wszystkich innych zwierząt poza gąbkami. To wydaje się jeszcze mniej prawdopodobne, ponieważ wymaga to niezależnej ewolucji trzech złożonych cech w dwóch odrębnych grupach: żebropławach i innych zwierzętach poza gąbkami.

Sama zasada “oszczędności” sugeruje, że gąbki są grupą siostrzaną, nie utraciły żadnych cech, a mięśnie, nerwy i układ trawienny wyewoluowały tylko raz.

Nowy artykuł w “Nature Communications” popiera scenariusz “pierwsze były gąbki”. Kliknij na link pod zrzutem z ekranu poniżej, żeby przeczytać artykuł, pdf jest tutaj. Autorzy posłużyli się nowym sposobem tworzenia filogenezy przez użycie danych DNA, nazwanej “partition site-heterogeneous models”, by wyeliminować artefakty, które mogły błędnie pokazać żebropławy jako siostrzaną grupę innych zwierząt. Nie wyjaśnię tej metody, bo jej zupełnie nie rozumiem. Dla laika jednak główny wynik tej pracy można opisać bardzo prosto: ta nowa metoda pokazuje, że gąbki są grupą siostrzaną wszystkich zwierząt, a ten wynik ma sens.  

Właśnie dałem wam puentę, ale muszę dodać, że spór nie jest zakończony. Dobiega jednak końca, bo coraz więcej biologów przekonuje się do scenariusza „gąbki oddzieliły się pierwsze”. (Nie wspomnę nawet sporu o miejsce płaskowców i żebropławów w stosunku do parzydełkowców.) Pokażę tylko akapit artykułu, gdzie autorzy mówią, że ich odkrycie gąbek jako grupy siostrzanej wszystkich innych zwierząt jest rozstrzygające (moje podkreślenie):

Kilka badań już pokazało, że analizy rodziny genów i niepodzielonej filogenomiki przy użyciu bardziej wyrafinowanych modeli substytucji odrzucają żebropław jako siostrę na rzecz gąbki jako siostry. Tutaj skonsolidowaliśmy te odkrycia przez bezpośrednie pokazanie, że główne pozostałe linie dowodowe popierają żebropława jako siostrę, dzielona filogenomika i miary leżącego u podstaw wsparcia (takie jak wartości ΔPSlnl), nie robią tego, kiedy lepiej dopasowane site-heterogeneous modele zostają włączone do analizy. Tak więc hipotezę żebropława-siostry można teraz całkowicie odrzucić na rzecz tradycyjnego scenariusza zwierzęcej ewolucji gąbki-siostry, w którym zwierzęcy przodek nie posiadał kluczowych cech takich jak układ nerwowy, mięśnie, otwór gębowy i jelita.

Teza o żebropławach jako grupie siostrzanej jest teraz „całkowicie odrzucona”! Podejrzewam, że nie wszyscy klasyfikujący zwierzęta zaakceptują tę hipotezę. Robię to wstępnie, ale nie w pełni rozumiem skomplikowane metody analizowania danych DNA (użyli 60 grup zwierząt, 406 genów i 88 384 odcinków DNA). Mój pogląd na te złożone metody jest taki sam jak mojego akademickiego dziadka, Theodosiusa Dobzhansky’ego, wobec ekspertów matematyki genetyki populacyjnej (Dobzhansky nie był matematykiem): “Papa wie lepiej”.

Jeśli chcecie pełniejszego opisu konfliktu, jak również przeglądu ewolucji zwierząt ogólnie, nie możecie znaleźć nic lepszego niż wysłuchać audycję Matthew z 2018 roku Discovery PROGRAM w BBC. Spór o gąbki versus żebropławy zaczyna się po siedemnastej minucie, a dokładniej: 17:45. To bardzo dobry program z wywiadami z wieloma różnymi biologami i powinien być jasny dla przytomnego laika. I trwa tylko pół godziny!

Kliknij na link pod zrzutem z ekranu, żeby posłuchać:

________________

Redmond, A.K., and A. McLysaght 2021. Evidence for sponges as sister to all other animals from partitioned phylogenomics with mixture models and recoding. Nat Commun 12, 1783 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22074-7

Are sponges the closest relatives of the rest ofthe-animals?

Why Evolution Is True, 21 marca 2021

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska