Neue Einblicke in die Ursprünge und die frühe Entwicklung von Seeigeln, einer Gruppe, zu der Seeigel, Sanddollars und ihre Verwandten gehören, wurden heute in der Zeitschrift veröffentlicht eLife.
Die Studie legt nahe, dass moderne Seeigel vor etwa 300 Millionen Jahren entstanden, das Massensterben in der Permo-Trias – die schwerste Biodiversitätskrise in der Erdgeschichte – überlebt und sich in der Folge schnell diversifiziert haben. Diese Ergebnisse tragen dazu bei, eine Wissenslücke zu schließen, die durch den relativen Mangel an fossilen Beweisen für diese frühe Diversifizierung verursacht wurde.
Es gibt mehr als 1.000 lebende Arten von Seeigeln, darunter Seeigel, Herzigel, Sanddollar und Seekekse, die in verschiedenen Meeresumgebungen leben, die von seichten Gewässern bis zu Abgründen reichen. Im Laufe der Geschichte haben die harten, rückenbedeckten Skelette dieser Kreaturen eine beeindruckende Anzahl von Fossilien hinterlassen. Trotz dieses bemerkenswerten Fossilienbestands ist ihre Entstehung jedoch durch wenige fossile Exemplare mit unklaren Affinitäten zu lebenden Gruppen dokumentiert, was ihre frühe Geschichte ungewiss macht.
„Es gibt immer noch Debatten unter Wissenschaftlern darüber, wann die Vorfahren der Seeigel entstanden sind und welche Rolle das Massenaussterben zwischen Perm und Trias in ihrer Evolution gespielt haben könnte“, sagt Erstautor Nicolás Mongiardino Koch, der die Arbeit währenddessen abgeschlossen hat war an der Yale University, New Haven, Connecticut, USA, und ist jetzt Postdoctoral Fellow an der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego, USA.
„Wir wollten helfen, diese Debatten zu lösen, indem wir genomische und paläontologische Daten kombinieren, um ihre evolutionären Beziehungen zu entwirren. Der außergewöhnliche Fossilienbestand von Seeigeln und die Leichtigkeit, mit der diese Fossilien in phylogenetische Analysen einbezogen werden können, machen sie zu einem idealen System, um ihre frühe Evolution zu erforschen mit diesem Ansatz.“
Mongiardino Koch und das Team bauten auf verfügbaren molekularen Ressourcen mit 18 neuartigen genomischen Datensätzen auf und schufen die größte vorhandene molekulare Matrix für Seeigel. Anhand dieses Datensatzes konnten sie die phylogenetischen Beziehungen und Divergenzzeiten der Hauptlinien lebender Seeigel rekonstruieren und ihre Diversifizierung in die breitere Evolutionsgeschichte einordnen. Sie taten dies, indem sie eine „molekulare Uhr“-Technik auf ihren Datensatz anwendeten, wobei die Rate, mit der sich Mutationen in den Echinoidengenomen angesammelt haben, unter Verwendung fossiler Beweise in geologische Zeit übersetzt wird, was es den Forschern ermöglicht, zu bestimmen, wann sich verschiedene Abstammungslinien zum ersten Mal diversifizierten.
Ihre Analysen legen nahe, dass die Vorfahren der modernen Seeigel wahrscheinlich während des frühen Perms entstanden sind und sich während der Trias nach einem Massensterben schnell diversifiziert haben, obwohl diese evolutionäre Strahlung anscheinend nicht von den Fossilien erfasst wurde.
Darüber hinaus deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Sanddollars und Meereskekse wahrscheinlich viel früher als angenommen entstanden sind, während der Kreidezeit, etwa 40 bis 50 Millionen Jahre vor den ersten dokumentierten Fossilien dieser Kreaturen. Die Autoren sagen, dass dieses Ergebnis bemerkenswert ist, da das robuste Skelett der Sanddollars, ihre vergrabene Lebensweise und ihre extrem unterschiedlichen Morphologien implizieren, dass ihr Fossilienbestand ihre wahre Evolutionsgeschichte getreu widerspiegeln sollte.
Das Team entwickelte auch einen multivariaten statistischen Ansatz namens „Chronospace“, um ihnen zu helfen, die Robustheit ihrer evolutionären Zeitachse gegenüber verschiedenen Entscheidungen in ihren Analysen zu visualisieren und zu bewerten. Sie fanden heraus, dass verschiedene Implementierungen des molekularen Uhrenmodells den stärksten Einfluss auf die Divergenzzeiten hatten, während andere Entscheidungen minimale Auswirkungen zeigten.
„Unsere Arbeit erweitert die verfügbaren Genomdaten für Seeigel erheblich und trägt dazu bei, einige der seit langem bestehenden Fragen zu ihrer Evolutionsgeschichte zu lösen“, schließt Seniorautor Greg Rouse, Professor für Meeresbiologie an der Scripps Oceanography. „Zusammengenommen legen die Ergebnisse nahe, dass wir den Fossilienbestand der Seeigel neu bewerten müssen, wobei zukünftige Studien über übersehene fossile Überreste unsere Ergebnisse möglicherweise weiter stützen werden.“
Nicolás Mongiardino Koch et al., Phylogenomische Analysen der Diversifizierung von Seeigeln veranlassen eine Neubewertung ihres Fossilienbestands, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.72460