D’abord considérés comme étroitement liés aux crabes, homards et autres crustacés, en 1881, le biologiste évolutionniste E. Ray Lankester les a placés solidement dans un groupe plus similaire aux araignées et aux scorpions. Les crabes en fer à cheval ont depuis été considérés comme des ancêtres des arachnides, mais les données de séquence moléculaire ont toujours été suffisamment rares pour jeter le doute.

Les biologistes évolutionnistes de l’Université du Wisconsin-Madison, Jesús Ballesteros et Prashant Sharma, espèrent donc que leur récente étude publiée dans la revue Systematic Biology aidera à planter fermement d’anciens crabes en fer à cheval dans l’arbre généalogique des arachnides.

En analysant des trésors de données génétiques et en envisageant un grand nombre de façons possibles de les examiner, les scientifiques ont maintenant un degré élevé de confiance que les crabes en fer à cheval appartiennent bel et bien aux arachnides.

« En montrant que les crabes en fer à cheval font partie du rayonnement arachnide, au lieu d’une lignée étroitement liée mais indépendante des arachnides, toutes les hypothèses précédentes sur l’évolution des arachnides doivent être révisées », explique Ballesteros, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Sharma. « C’est un changement majeur dans notre compréhension de l’évolution des arthropodes. »

Les arthropodes sont souvent considérés comme les animaux les plus performants de la planète car ils occupent la terre, l’eau et le ciel et comprennent plus d’un million d’espèces. Ce groupe comprend les insectes, les crustacés et les arachnides.

Les crabes en fer à cheval ont été difficiles à classer parmi les arthropodes car l’analyse du génome des animaux a montré à plusieurs reprises qu’ils étaient apparentés aux arachnides comme les araignées, les scorpions, les acariens, les tiques et des créatures moins connues telles que les vinaigres. Pourtant, « les scientifiques ont supposé que c’était une erreur, qu’il y avait un problème avec les données », explique Ballesteros.

De plus, les crabes en fer à cheval possèdent un mélange de caractéristiques physiques observées chez une variété d’arthropodes. Ils sont à carapace dure comme des crabes, mais sont les seuls animaux marins connus pour respirer avec des branchies de livre, qui ressemblent aux poumons de livre que les araignées et les scorpions utilisent pour survivre sur terre.

Seules quatre espèces de crabes en fer à cheval sont vivantes aujourd’hui, mais le groupe est apparu pour la première fois dans les archives fossiles il y a environ 450 millions d’années, avec des lignées mystérieuses et éteintes comme les scorpions de mer. Ces fossiles vivants ont survécu à des événements majeurs d’extinction de masse et aujourd’hui, leur sang est utilisé par l’industrie biomédicale pour tester la contamination bactérienne.

L’âge n’est qu’un des problèmes inhérents au suivi de leur évolution, disent Ballesteros et Sharma, car il n’est pas facile de remonter dans le temps pour trouver un ancêtre commun. Et les preuves des archives fossiles et de la génétique indiquent que l’évolution s’est produite rapidement parmi ces groupes d’animaux, convoluant leurs relations les unes avec les autres.

« L’un des aspects les plus difficiles de la construction de l’arbre de vie consiste à différencier les anciens rayonnements, ces anciens éclats de spéciation », explique Sharma, professeur de biologie intégrative. « Il est difficile de le résoudre sans de grandes quantités de données génétiques. »

Même dans ce cas, les comparaisons génétiques deviennent délicates lorsqu’on examine l’histoire des gènes qui peuvent unir ou séparer des espèces. Certains changements génétiques peuvent être trompeurs, suggérant des relations là où il n’y en a pas ou rejetant les connexions qui le font. Cela est dû à des phénomènes tels que le tri de lignée incomplet ou le transfert latéral de gènes, par lesquels les assortiments de gènes ne sont pas proprement faits à travers l’évolution des espèces.

Ballesteros a testé les relations compliquées entre les gènes les plus délicats en comparant les génomes complets de trois des quatre espèces vivantes de crabe fer à cheval aux séquences génomiques de 50 autres espèces d’arthropodes, y compris les puces d’eau, les mille-pattes et les moissonneurs.

En utilisant un ensemble complexe de matrices, en prenant soin de ne pas introduire de biais dans son analyse, il a minutieusement séparé les données. Pourtant, quelle que soit la façon dont Ballesteros a mené son analyse, il a trouvé des crabes en fer à cheval nichés dans l’arbre généalogique des arachnides.

Il dit que son approche sert de mise en garde aux autres biologistes de l’évolution qui peuvent être enclins à choisir les données qui semblent les plus fiables, ou à jeter des données qui ne semblent pas correspondre. Les chercheurs pourraient, par exemple, « forcer » leurs données à placer des crabes en fer à cheval parmi les crustacés, dit Sharma, mais ce ne serait pas exact. L’équipe de recherche a essayé cela et a trouvé des centaines de gènes soutenant des arbres incorrects.

Ballesteros encourage les autres à soumettre leurs données évolutives à ce type de méthodologie rigoureuse, car  » l’évolution est compliquée. »

Pourquoi les crabes en fer à cheval sont des habitants de l’eau alors que d’autres arachnides colonisent les terres reste une question ouverte. Ces animaux appartiennent à un groupe appelé Chelicerata, qui comprend également des araignées de mer. Les araignées de mer sont des arthropodes marins comme les crabes en fer à cheval, mais ce ne sont pas des arachnides.

« L’étude conclut que la conquête de la terre par les arachnides est plus complexe qu’un seul événement traditionnel », explique Ballesteros.

Il est possible que l’ancêtre commun des arachnides ait évolué dans l’eau et que seuls des groupes comme les araignées et les scorpions soient arrivés sur terre. Ou, un ancêtre commun peut avoir évolué sur terre, puis les crabes en fer à cheval ont recolonisé la mer.

« La grande question que nous recherchons est l’histoire de la terrestrialisation », explique Sharma.

Pour Ballesteros, qui étudie actuellement l’évolution de la cécité chez les araignées vivant au fond de grottes en Israël, ses motivations vont au cœur de la nature humaine elle-même.

« J’arrive à regarder avec une curiosité enfantine et à me demander: ‘Comment est née toute cette diversité? » dit-il. « C’est incroyable ce qui existe, et je n’aurais jamais pensé avoir le privilège de pouvoir le faire. »

L’étude a été financée par la bourse postdoctorale M. Guyer et soutenue par la subvention IOS-1552610 de la National Science Foundation.