Der Evolutionsbiologe E. Ray Lankester stellte sie 1881 fest in eine Gruppe, die Spinnen und Skorpionen ähnlicher war. Seitdem wird angenommen, dass Pfeilschwanzkrebse Vorfahren der Spinnentiere sind, aber molekulare Sequenzdaten waren immer spärlich genug, um Zweifel aufkommen zu lassen.Die Evolutionsbiologen Jesús Ballesteros und Prashant Sharma von der University of Wisconsin-Madison hoffen daher, dass ihre kürzlich in der Zeitschrift Systematic Biology veröffentlichte Studie dazu beiträgt, alte Pfeilschwanzkrebse im Stammbaum der Spinnentiere zu pflanzen.

Durch die Analyse von genetischen Daten und die Prüfung einer Vielzahl von Möglichkeiten, diese zu untersuchen, haben die Wissenschaftler nun ein hohes Maß an Vertrauen, dass Pfeilschwanzkrebse tatsächlich zu den Spinnentieren gehören.“Indem wir zeigen, dass Pfeilschwanzkrebse Teil der Spinnentier-Familie sind, anstatt einer Linie, die eng mit Spinnentieren verwandt, aber unabhängig von Spinnentieren ist, müssen alle bisherigen Hypothesen zur Entwicklung von Spinnentieren überarbeitet werden“, sagt Ballesteros, Postdoktorand in Sharmas Labor. „Es ist eine große Veränderung in unserem Verständnis der Arthropoden-Evolution.“

Arthropoden gelten oft als die erfolgreichsten Tiere der Welt, da sie Land, Wasser und Himmel besetzen und mehr als eine Million Arten umfassen. Diese Gruppierung umfasst Insekten, Krebstiere und Spinnentiere.

Die Klassifizierung von Pfeilschwanzkrebsen innerhalb der Arthropoden war schwierig, da die Analyse des Genoms der Tiere wiederholt gezeigt hat, dass sie mit Spinnentieren wie Spinnen, Skorpionen, Milben, Zecken und weniger bekannten Kreaturen wie Essiggurken verwandt sind. „Die Wissenschaftler gingen jedoch davon aus, dass es sich um einen Fehler handelte, dass es ein Problem mit den Daten gab“, sagt Ballesteros.

Darüber hinaus besitzen Pfeilschwanzkrebse eine Mischung aus physikalischen Eigenschaften, die bei einer Vielzahl von Arthropoden beobachtet werden. Sie sind hartschalig wie Krabben, aber die einzigen Meerestiere, von denen bekannt ist, dass sie mit Buchkiemen atmen, die den Buchlungen ähneln, mit denen Spinnen und Skorpione an Land überleben.Nur vier Arten von Pfeilschwanzkrebsen leben heute, aber die Gruppe erschien zuerst im Fossilienbestand vor etwa 450 Millionen Jahren, zusammen mit mysteriösen, ausgestorbenen Linien wie Seeskorpione. Diese lebenden Fossilien haben große Massensterben überlebt und heute wird ihr Blut von der biomedizinischen Industrie verwendet, um auf bakterielle Kontamination zu testen.

Das Alter ist nur eines der Probleme, die mit der Verfolgung ihrer Entwicklung verbunden sind, sagen Ballesteros und Sharma, da es nicht einfach ist, durch die Zeit zurück zu suchen, um einen gemeinsamen Vorfahren zu finden. Und Beweise aus dem Fossilienbestand und der Genetik deuten darauf hin, dass die Evolution zwischen diesen Tiergruppen schnell vor sich ging, ihre Beziehungen zueinander verweben.“Einer der schwierigsten Aspekte beim Bau des Baumes des Lebens ist die Unterscheidung alter Strahlungen, dieser uralten Artenausbrüche“, sagt Sharma, Professorin für integrative Biologie. „Es ist schwierig, ohne große Mengen an genetischen Daten zu lösen.“Selbst dann werden genetische Vergleiche schwierig, wenn man sich die Geschichte von Genen ansieht, die entweder Arten vereinen oder trennen können. Einige genetische Veränderungen können irreführend sein, was auf Beziehungen hindeutet, in denen keine existieren, oder Verbindungen ablehnt, die dies tun. Dies ist auf Phänomene wie unvollständige Sortierung der Abstammung oder lateralen Gentransfer zurückzuführen, durch die Sortimente von Genen nicht sauber über die Evolution der Arten hergestellt werden.

Ballesteros testete die komplizierten Beziehungen zwischen den schwierigsten Genen, indem er die vollständigen Genome von drei der vier lebenden Pfeilschwanzkrebsarten mit den Genomsequenzen von 50 anderen Arthropodenarten verglich, darunter Wasserflöhe, Tausendfüßler und Erntehelfer.

Mit einem komplexen Satz von Matrizen, der darauf achtete, keine Verzerrungen in seine Analyse einzuführen, neckte er die Daten sorgfältig auseinander. Trotzdem fand Ballesteros, egal auf welche Weise er seine Analyse durchführte, Pfeilschwanzkrebse, die im Stammbaum der Spinnentiere verschachtelt waren.Er sagt, dass sein Ansatz anderen Evolutionsbiologen als warnendes Beispiel dient, die geneigt sein könnten, die Daten auszuwählen, die am zuverlässigsten erscheinen, oder Daten wegzuwerfen, die nicht zu passen scheinen. Forscher könnten zum Beispiel ihre Daten „zwingen“, Pfeilschwanzkrebse unter Krebstieren zu platzieren, sagt Sharma, aber es wäre nicht genau. Das Forschungsteam versuchte dies und fand Hunderte von Genen, die falsche Bäume unterstützen.

Ballesteros ermutigt andere, ihre Evolutionsdaten dieser Art strenger Methodik zu unterziehen, denn „Evolution ist kompliziert.“

Warum Pfeilschwanzkrebse Wasserbewohner sind, während andere Spinnentiere Land besiedelten, bleibt eine offene Frage. Diese Tiere gehören zu einer Gruppe namens Chelicerata, zu der auch Seespinnen gehören. Seespinnen sind Meeresarthropoden wie Pfeilschwanzkrebse, aber sie sind keine Spinnentiere.“Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Eroberung des Landes durch Spinnentiere komplexer ist als ein einzelnes historisches Ereignis“, sagt Ballesteros.

Es ist möglich, dass sich der gemeinsame Vorfahr der Spinnentiere im Wasser entwickelt hat und nur Gruppen wie Spinnen und Skorpione es an Land geschafft haben. Oder ein gemeinsamer Vorfahr hat sich an Land entwickelt und dann haben Pfeilschwanzkrebse das Meer wieder besiedelt.

„Die große Frage, nach der wir suchen, ist die Geschichte der Terrestrialisierung“, sagt Sharma.

Für Ballesteros, der jetzt die Entwicklung der Blindheit bei Spinnen untersucht, die tief in Höhlen in Israel leben, kommen seine Motivationen zum Kern der menschlichen Natur selbst.

„Ich schaue mit kindlicher Neugier hin und frage: ‚Wie kam es zu dieser ganzen Vielfalt?““, sagt er. „Es ist unglaublich, was existiert, und ich hätte nie gedacht, dass ich das Privileg haben würde, dies tun zu können.“Die Studie wurde vom M. Guyer Postdoctoral Fellowship finanziert und vom National Science Foundation Grant IOS-1552610 unterstützt.