Po raz pierwszy są blisko spokrewnione z krabami, homarami i innymi skorupiakami, w 1881 biolog ewolucyjny E. Ray Lankester umieścił je solidnie w grupie bardziej podobnej do pająków i skorpionów. Od tego czasu uważa się, że kraby podkowiaste są przodkami pajęczaków, ale dane o sekwencji molekularnej zawsze były na tyle rzadkie, że mogły wzbudzić wątpliwości.

biolodzy ewolucyjni z University of Wisconsin-Madison Jesús Ballesteros i Prashant Sharma mają nadzieję, że ich ostatnie badania opublikowane w czasopiśmie Systematic Biology pomagają mocno posadzić starożytne kraby podkowiaste w drzewie genealogicznym pajęczaków.

analizując dane genetyczne i rozważając ogromną liczbę możliwych sposobów ich zbadania, naukowcy mają teraz wysoki stopień pewności, że kraby podkowcowe rzeczywiście należą do pajęczaków.

„wykazując, że kraby podkowiaste są częścią promieniowania pajęczaków, zamiast linii blisko spokrewnionej z pajęczakami, ale niezależnej od nich, wszystkie poprzednie hipotezy dotyczące ewolucji pajęczaków muszą zostać zmienione”, mówi Ballesteros, badacz podoktorski w laboratorium Sharmy. „To duża zmiana w naszym rozumieniu ewolucji stawonogów.”

stawonogi są często uważane za najbardziej udane zwierzęta na planecie, ponieważ zajmują ziemię, wodę i niebo i obejmują ponad milion gatunków. Grupa ta obejmuje owady, skorupiaki i pajęczaki.

kraby podkowiaste były trudne do sklasyfikowania w stawonogach, ponieważ analiza genomu zwierząt wielokrotnie wykazała, że są spokrewnione z pajęczakami, takimi jak pająki, skorpiony, roztocza, kleszcze i mniej znane stworzenia, takie jak ocegaroons. Jednak „naukowcy uznali, że był to błąd, że wystąpił problem z danymi”, mówi Ballesteros.

ponadto kraby podkowiaste posiadają mieszankę cech fizycznych obserwowanych wśród różnych stawonogów. Są twardo łuskane jak kraby, ale są jedynymi zwierzętami morskimi, które oddychają skrzelami książkowymi, które przypominają płuca książkowe, których pająki i skorpiony używają do przetrwania na lądzie.

do dziś żyją tylko cztery gatunki krabów podkowiastych, ale grupa po raz pierwszy pojawiła się w zapisie kopalnym około 450 milionów lat temu, wraz z tajemniczymi, wymarłymi liniami, takimi jak skorpiony morskie. Te żywe skamieniałości przetrwały wielkie masowe wymieranie i dziś ich krew jest używana przez przemysł Biomedyczny do testowania skażenia bakteryjnego.

wiek jest tylko jednym z problemów związanych z śledzeniem ich ewolucji, mówią Ballesteros i Sharma, ponieważ poszukiwanie wspólnego przodka w czasie nie jest łatwe do osiągnięcia. Dowody z zapisów kopalnych i genetyki wskazują, że ewolucja nastąpiła szybko wśród tych grup zwierząt, splatając ich relacje ze sobą.

„jednym z najtrudniejszych aspektów budowania drzewa życia jest różnicowanie starych promieni, tych starożytnych wybuchów specjacji”, mówi Sharma, profesor biologii integracyjnej. „Jest to trudne do rozwiązania bez dużych ilości danych genetycznych.”

nawet wtedy porównania genetyczne stają się trudne, gdy patrzymy na historię genów, które mogą łączyć lub rozdzielać gatunki. Niektóre zmiany genetyczne mogą wprowadzać w błąd, sugerując relacje, w których nie istnieją lub odrzucając połączenia, które istnieją. Wynika to z takich zjawisk, jak niekompletne sortowanie linii lub boczny transfer genów, dzięki którym asortyment genów nie jest czysto tworzony w trakcie ewolucji gatunku.

Ballesteros testował skomplikowane relacje między najbardziej skomplikowanymi genami, porównując kompletne genomy trzech spośród czterech żyjących gatunków kraba podkowiastego z sekwencjami genomu 50 innych gatunków stawonogów, w tym pcheł wodnych, stonóg i żniwiarzy.

wykorzystując złożony zestaw macierzy, dbając o to, aby nie wprowadzać uprzedzeń w swojej analizie, żmudnie dokuczał danym. Mimo to, bez względu na to, w jaki sposób Ballesteros przeprowadził analizę, znalazł podkowy kraby zagnieżdżone w drzewie genealogicznym pajęczaków.

twierdzi, że jego podejście służy jako przestroga dla innych biologów ewolucyjnych, którzy mogą być skłonni do wybierania danych, które wydają się najbardziej wiarygodne, lub odrzucenia danych, które wydają się nie pasować. Naukowcy mogliby na przykład „zmusić” swoje dane do umieszczenia krabów podkowiastych wśród skorupiaków, mówi Sharma, ale nie byłoby to dokładne. Zespół badawczy spróbował tego i znalazł setki genów wspierających nieprawidłowe drzewa.

Ballesteros zachęca innych do poddania swoich danych ewolucyjnych tego rodzaju rygorystycznej metodologii, ponieważ ” ewolucja jest skomplikowana.”

Dlaczego kraby podkowiaste są mieszkańcami wody, podczas gdy inne pajęczaki skolonizowały ląd pozostaje kwestią otwartą. Zwierzęta te należą do grupy zwanej Chelicerata, która obejmuje również pająki morskie. Pająki morskie są stawonogami morskimi, jak kraby podkowce, ale nie są pajęczakami.

„z badania wynika, że podbój ziemi przez pajęczaki jest bardziej złożony niż pojedyncze wydarzenie tradycji”, mówi Ballesteros.

możliwe, że wspólny przodek pajęczaków wyewoluował w wodzie i tylko grupy takie jak pająki i skorpiony dotarły na ląd. Albo wspólny przodek mógł wyewoluować na lądzie, a następnie kraby rekolonizowały morze.

„naszym głównym pytaniem jest historia terrestrializacji”, mówi Sharma.

Dla Ballesterosa, który obecnie bada ewolucję ślepoty u pająków żyjących głęboko w jaskiniach w Izraelu, jego motywacje docierają do samego serca ludzkiej natury.

„patrzę z dziecinną ciekawością i pytam:” skąd ta cała różnorodność?”mówi. „To niesamowite, co istnieje, i nigdy nie myślałem, że będę miał przywilej, aby móc to zrobić.”

badanie zostało sfinansowane przez M. Guyer Postdoctoral fellowship i wspierane przez grant National Science Foundation iOS-1552610.