Die evolutionären Beziehungen zweier Gruppen uralter wirbelloser Tiere wurden aufgedeckt

Kamptozoa und Bryozoa sind zwei Phyla von kleinen wirbellosen Wassertieren. Sie sind verwandt mit Schnecken und Muscheln (zusammen Mollusken genannt), Borstenwürmern, Regenwürmern und Blutegeln (zusammen Ringelwürmer genannt) und Bandwürmern (Nemertea). Aber ihre genaue Position auf dem Baum des Lebens und wie eng sie mit diesen anderen Tieren verwandt sind, hat Evolutionsbiologen immer verwirrt. Frühere Studien haben sie immer wieder verschoben. Während Kamptozoa und Bryozoa ursprünglich als eine Gruppe angesehen wurden, wurden sie aufgrund ihres Aussehens und ihrer Anatomie getrennt.

Jetzt haben Wissenschaftler der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität St. Petersburg und der Tsukuba-Universität durch den Einsatz modernster Sequenzierungstechnologie und leistungsstarker Computeranalyse aufgedeckt, dass sich die beiden Phyla abgespalten haben Mollusken und Würmer früher als frühere Studien vermuten ließen, und somit bilden sie tatsächlich eine eigene Gruppe.

„Wir haben gezeigt, dass wir durch die Verwendung hochwertiger Transkriptomdaten eine seit langem bestehende Frage mit den besten unserer aktuellen Techniken beantworten können“, sagte Dr. Konstantin Khalturin, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Marine Genomics Unit des OIST und Erstautor des in veröffentlichten Artikels Wissenschaftliche Fortschritte.

Ein Genom ist der vollständige Satz genetischer Informationen, die in jeder Zelle vorhanden sind. Es ist in Gene unterteilt. Diese Gene bestehen aus DNA-Basenpaaren und jedes Gen enthält die Anweisungen, die zur Bildung eines Proteins erforderlich sind, und führt somit zur richtigen Pflege und Wartung einer Zelle. Damit die Anweisungen ausgeführt werden können, muss die DNA zunächst in RNA umgeschrieben werden. Das Ergebnis ist ein Transkriptom, das wie das Abbild eines Genoms ist, aber nicht in DNA, sondern in RNA-Basenpaaren geschrieben ist.

Diese genetischen Informationen unterscheiden sich zwischen den Arten. Diejenigen, die eng miteinander verwandt sind, haben sehr ähnliche genetische Informationen, während eine größere evolutionäre Distanz zu mehr genetischen Unterschieden führt. Durch die Verwendung dieser Daten haben Forscher unser Wissen über die Evolution der Tiere verbessert, aber einige Fragen sind immer noch schwer zu beantworten.

Da Kamptozoa und Bryozoa eng mit Mollusken, Anneliden und Nemertea verwandt sind, können kleine Fehler im Datensatz oder fehlende Daten zu einer falschen Platzierung im Evolutionsbaum führen. Darüber hinaus ist es beim Sammeln dieser winzigen Tiere leicht, andere Organismen wie Algen aufzunehmen, die die Probe kontaminieren. Dr. Khalturin betonte, dass sie sorgfältig darauf geachtet hätten, eine Kontamination zu vermeiden, und später ihren Datensatz auf RNA von Algen und Kleintieren durchsuchten, um alles zu entfernen, was möglicherweise von ihnen stammte.

Insgesamt sequenzierten die Forscher das Transkriptom von vier Kamptozoa-Arten und zwei Bryozoa-Arten, jedoch auf einem weitaus höheren Qualitätsniveau als zuvor erreicht. Während frühere Datensätze eine Vollständigkeit von 20-60 % aufwiesen, lag die Transkriptom-Vollständigkeit in dieser Studie bei über 96 %.

Anhand dieser Transkriptome sagten sie Proteine ​​voraus und verglichen sie mit ähnlichen Daten von 31 anderen Arten, von denen einige eng mit Kamptozoa und Bryozoa verwandt waren, wie Muscheln und Borstenwürmer, und andere, die weiter entfernt waren, wie Frösche, Seesterne, Insekten, und Quallen. Dank der hochwertigen Datensätze konnten sie viele verschiedene Gene und Proteine ​​gleichzeitig vergleichen. Dr. Khalturin würdigte die leistungsstarken Rechenkapazitäten, auf die die Forscher am OIST zugreifen konnten.

„Unsere wichtigste Erkenntnis ist, dass die beiden Stämme zusammengehören“, sagte Dr. Khalturin. „Dieses Ergebnis wurde ursprünglich im 19. Jahrhundert von Biologen vorgeschlagen, die Tiere nach ihrem Aussehen gruppierten.“

Während Dr. Khalturin erklärte, dass diese Frage nun nach bestem Wissen und Gewissen beantwortet worden sei, betonte er auch, dass der Datensatz andere grundlegende evolutionäre Fragen beantworten könnte – wie die genauere Position von Mollusken und Ringelwürmern auf dem Baum des Lebens und wie Leben diversifiziert.