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Sonntag, Oktober 2, 2022

Ein genetisches Mysterium: Evolutionäre Beziehungen zweier Gruppen uralter wirbelloser Tiere endlich aufgedeckt

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Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Kamptozoa, eines kleinen wirbellosen Wassertiers. Bildnachweis: Dr. Natalia Shunatova. Bildnachweis: Dr. Natalia Shunatova


Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Kamptozoa- und Bryozoa-Stämme früher als bisher angenommen teilen.

Kamptozoa und Bryozoa sind zwei Phyla von kleinen wirbellosen Wassertieren. Sie sind mit Schnecken und Muscheln (Mollusken), Borstenwürmern, Regenwürmern und Blutegeln (Anneliden) sowie Bandwürmern (Nemertea) verwandt. Evolutionsbiologen waren lange verblüfft über ihren genauen Platz auf dem Baum des Lebens und darüber, wie eng diese anderen Arten mit ihnen verbunden sind. Frühere Forschungen wechselten regelmäßig ihren Platz.

Obwohl Kamptozoa und Bryozoa einst als zu einer Gruppe gehörend galten, wurden sie später aufgrund ihres Aussehens und ihrer Anatomie voneinander getrennt. Jetzt haben Forscher der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), In Zusammenarbeit mit Mitarbeitern der St. Petersburg University und der Tsukuba University haben sie gezeigt, dass sich die beiden Phyla früher von Mollusken und Würmern getrennt haben, als frühere Studien vermuten ließen, und somit tatsächlich eine eigene Gruppe bilden. Diese Entdeckung wurde durch den Einsatz modernster Sequenzierungstechnologie und leistungsstarker Computeranalyse ermöglicht.


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

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Dr. Konstantin Khalturin und Professor Nori Satoh sind zwei der an dieser Studie beteiligten Forscher. Bildnachweis: OIST

Ein Genom ist der vollständige Satz genetischer Informationen, die in jeder Zelle vorhanden sind. Es ist in Gene unterteilt. Diese Gene bestehen aus DNA Basenpaare und jedes Gen enthält die Anweisungen, die zur Bildung eines Proteins erforderlich sind, und führt somit zur richtigen Pflege und Erhaltung einer Zelle. Damit die Anweisungen ausgeführt werden können, muss die DNA zunächst in transkribiert werden RNA. 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, Kontaminationen zu vermeiden, und später ihren Datensatz auf RNA von Algen und Kleintieren durchsuchten, um alles zu entfernen, was möglicherweise von ihnen stammte.

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Die evolutionären Beziehungen von Kamptozoa und Bryozoa und ihr Platz auf dem Baum des Lebens wurden in dieser neuen Studie aufgedeckt. Die Studie ergab, dass sie sich früher als erwartet von Mollusken und Würmern abspalten und dass sie Teil einer eigenen Gruppe namens Polyzo sind. Bildnachweis: OIST

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 und 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 wurde, betonte er auch, dass der Datensatz andere grundlegende evolutionäre Fragen beantworten könnte – wie die genauere Position von Mollusken und Anneliden auf dem Baum des Lebens und wie das Leben diversifiziert.

Referenz: „Polyzoa is back: The effect of complete gene sets on the placement of Ectoprocta and Entoproc“ von Konstantin Khalturin, Natalia Shunatova, Sergei Shchenkov, Yasunori Sasakura, Mayumi Kawamitsu und Noriyuki Satoh, 1. Juli 2022, Fortschritte in der Wissenschaft
DOI: 10.1126/sciadv.abo4400

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