arveltiin ensimmäisen kerran olevan läheistä sukua ravuille, hummereille ja muille äyriäisille, vuonna 1881 evoluutiobiologi E. Ray Lankester sijoitti ne vankasti ryhmään, joka muistuttaa enemmän hämähäkkejä ja skorpioneja. Hevosenkenkärapujen on sittemmin arveltu olevan hämähäkkieläinten esi-isiä, mutta molekyylisekvenssitiedot ovat aina olleet niin niukkoja, että ne ovat herättäneet epäilyksiä.

Wisconsin-Madisonin yliopiston evoluutiobiologit Jesús Ballesteros ja Prashant Sharma toivovatkin, että heidän äskettäin Systematic Biology-lehdessä julkaistu tutkimuksensa auttaa istuttamaan lujasti muinaisia hevosenkenkärapuja hämähäkkieläinten sukupuuhun.

analysoimalla geneettistä dataa ja harkitsemalla lukuisia mahdollisia tapoja tutkia sitä tiedemiehet ovat nyt hyvin varmoja siitä, että hevosenkenkäravut todella kuuluvat hämähäkkieläimiin.

”osoittamalla, että hevosenkenkäravut ovat osa hämähäkkisäteilyä, sen sijaan, että ne olisivat läheistä sukua mutta riippumattomia hämähäkkieläimistä, kaikki aiemmat hypoteesit hämähäkkieläinten evoluutiosta on tarkistettava”, Sharman laboratorion tutkijatohtori Ballesteros sanoo. ”Se on merkittävä muutos ymmärryksessämme niveljalkaisten evoluutiosta.”

niveljalkaisia pidetään usein planeetan menestyneimpinä eläiminä, sillä ne valtaavat maata, vettä ja taivasta ja niihin kuuluu yli miljoona lajia. Tähän ryhmään kuuluvat hyönteiset, äyriäiset ja hämähäkkieläimet.

Hevosenkenkäravut on ollut haastavaa luokitella niveljalkaisten sisällä, koska eläinten perimän analyysi on toistuvasti osoittanut niiden olevan sukua hämähäkkieläimille, kuten hämähäkeille, skorpioneille, punkeille, punkeille ja vähemmän tunnetuille olennoille, kuten etikkaravuille. Silti” tutkijat olettivat, että se oli virhe, että tiedoissa oli ongelma”, sanoo Ballesteros.

lisäksi hevosenkenkäravuilla on useita fyysisiä ominaisuuksia, joita on havaittu useilla niveljalkaisilla. Ne ovat kovakuorisia kuten ravut, mutta ovat ainoita merieläimiä, joiden tiedetään hengittävän kirjakiiloilla, jotka muistuttavat kirjaa keuhkot, joita hämähäkit ja skorpionit käyttävät selviytyäkseen maalla.

nykyään elää vain neljä hevosenkenkärapulajia, mutta ryhmä esiintyi fossiiliaineistossa ensimmäisen kerran noin 450 miljoonaa vuotta sitten yhdessä arvoituksellisten, sukupuuttoon kuolleiden sukulinjojen kuten meriskorpionien kanssa. Nämä elävät fossiilit ovat selvinneet suurista joukkosukupuutoista, ja nykyään biolääketieteellinen teollisuus käyttää niiden verta bakteerikontaminaation tutkimiseen.

ikä on Ballesterosin ja Sharman mukaan vain yksi niiden evoluution jäljittämiseen liittyvistä ongelmista, sillä yhteistä esi-isää ei ole helppo löytää ajassa taaksepäin. Ja fossiiliaineistosta ja genetiikasta saadut todisteet osoittavat evoluution tapahtuneen nopeasti näiden eläinryhmien keskuudessa ja mutkistaneen niiden keskinäisiä suhteita.

”elämän puun rakentamisen haastavimpia puolia on vanhojen säteiden, näiden muinaisten lajiutumisen purkausten erottelu”, sanoo integratiivisen biologian professori Sharma. ”Sitä on vaikea ratkaista ilman suuria määriä geneettistä tietoa.”

silloinkin geneettiset vertailut muuttuvat hankaliksi, kun tarkastellaan geenien historiaa, joka voi joko yhdistää tai erottaa lajeja. Jotkin geneettiset muutokset voivat olla harhaanjohtavia, mikä viittaa suhteisiin, joissa niitä ei ole, tai hylkää yhteydet, joissa niitä on. Tämä johtuu ilmiöistä, kuten epätäydellisestä sukujuurten lajittelusta tai lateraalisesta geeninsiirrosta, jolla geenien valikoimat eivät synny puhtaasti lajien evoluutiossa.

Ballesteros testasi hankalimpien geenien monimutkaisia suhteita vertaamalla kolmen neljästä elävästä hevosenkenkärapulajista täydellisiä genomeja 50 muun niveljalkaislajin, mukaan lukien vesikirput, tuhatjalkaiset ja sadonkorjaajat, genomisekvensseihin.

käyttäen monimutkaista matriisijoukkoa, pitäen huolen siitä, ettei hän esittelisi analyysissään harhoja, hän kiusasi vaivattomasti tietoja toisistaan. Riippumatta siitä, miten Ballesteros teki analyysinsä, hän löysi hämähäkkieläinten sukupuussa pesiviä hevosenkenkärapuja.

hän sanoo lähestymistapansa toimivan varoittavana esimerkkinä muille evoluutiobiologeille, jotka saattavat olla taipuvaisia poimimaan varmimmilta vaikuttavia tietoja tai heittämään pois tietoja, jotka eivät tunnu sopivan. Tutkijat voisivat Sharman mukaan esimerkiksi” pakottaa ” tietonsa sijoittamaan hevosenkenkärapuja äyriäisten joukkoon, mutta se ei olisi tarkkaa. Tutkimusryhmä kokeili tätä ja löysi satoja geenejä, jotka tukivat virheellisiä puita.

Ballesteros kannustaa muita alistamaan evoluutiotietonsa tällaiseen tiukkaan metodologiaan, koska ”evoluutio on monimutkaista.”

miksi hevosenkenkäravut ovat veden asukkeja muiden hämähäkkieläinten asuttaessa maata on edelleen avoin kysymys. Nämä eläimet kuuluvat Chelicerata-nimiseen ryhmään, johon kuuluvat myös merihämähäkit. Merihämähäkit ovat merellisiä niveljalkaisia kuten hevosenkenkäravut, mutta ne eivät ole hämähäkkieläimiä.

”tutkimuksen johtopäätös on, että hämähäkkieläinten maanvalloitus on monimutkaisempi kuin yksittäinen perinteen tapahtuma”, Ballesteros sanoo.

on mahdollista, että hämähäkkieläinten yhteinen esi-isä kehittyi vedessä ja vain hämähäkit ja skorpionit pääsivät maihin. Tai, yhteinen esi-isä on saattanut kehittyä maalla, ja sitten hevosenkenkäravut uudelleenlöytivät meren.

”iso kysymys, jota tavoittelemme, on terrestrialisaation historia”, Sharma sanoo.

Ballesterosille, joka tutkii nyt sokeuden evoluutiota syvällä luolissa elävissä hämähäkeissä Israelissa, hänen motiivinsa pääsevät ihmisluonnon ytimeen.

”saan katsoa lapsellisen uteliaasti ja kysyä: ’miten kaikki tämä erilaisuus on syntynyt?”hän sanoo. ”On uskomatonta, mitä on olemassa, enkä koskaan ajatellut, että minulla olisi etuoikeus pystyä tekemään tätä.”

tutkimusta rahoitti M. Guyer postdoctoral fellowship ja sitä tuki National Science Foundation grant IOS-1552610.