Exotische Meeresbewohner erhellen den Beginn des Tierreichs

Einer der größten Veränderungen in der Geschichte des Lebens ereignete sich vor mehr als 600 Millionen Jahren, als aus einem einzelligen Organismus die ersten Tiere hervorgingen. Mit ihren vielzelligen Körpern haben sich Tiere zu einer schwindelerregenden Vielfalt an Formen entwickelt, wie 200-Tonnen-Wale, Vögel, die sechs Meilen in den Himmel fliegen, und Kumpel, die über Wüstendünen gleiten.

Wissenschaftler fragen sich seit langem, wie die ersten Tiere aussahen, einschließlich Fragen zu ihrer Anatomie und wie sie Nahrung fanden. In Stady Am Mittwoch veröffentlicht, haben Wissenschaftler verlockende Antworten in einer wenig bekannten Gruppe gallertartiger Lebewesen namens Wabengelees gefunden. Während die ersten Tiere immer noch ein Rätsel sind, haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Wabengelees zum tiefsten Zweig des Tierstammbaums gehören.

Die Debatte über die Herkunft von Tieren wird seit Jahrzehnten geführt. Zunächst verließen sich die Forscher bei der Suche nach Hinweisen weitgehend auf den Fossilienbestand. Die ältesten spezifischen Tierfossilien stammen aus dem Jahr etwa 580 Millionen Jahre, obwohl einige Forscher behaupteten, einen noch älteren gefunden zu haben. Im Jahr 2021 meldete beispielsweise Elizabeth Turner, eine kanadische Paläontologin, eine Entdeckung 890 Millionen Jahre alte Fossilien möglicher Schwämme.

Es macht Sinn, dass Schwämme das älteste Tier sind. Sie sind einfache Lebewesen ohne Muskeln oder Nervensystem. Sie verankern sich am Meeresboden, wo sie das Wasser durch ein Porenlabyrinth filtern und Nahrungsreste einfangen.

Schwämme sind in der Tat so einfach, dass es überraschend sein kann, dass sie überhaupt Tiere sind, aber ihre molekulare Struktur verrät ihre Verwandtschaft. Sie stellen bestimmte Proteine ​​wie Kollagen her, die nur Tiere produzieren. Darüber hinaus zeigt ihre DNA, dass sie enger mit Tieren als mit anderen Lebensformen verwandt sind.

Als Wissenschaftler in den 1990er Jahren DNA von weiteren Tierarten sammelten, versuchten sie, den Stammbaum der Tiere zu kartieren. In einigen Studien landeten Schwämme auf dem tiefsten Ast des Baumes. In diesem Szenario entwickelten die Tiere erst nach der Gabelung der Schwämme ein Nervensystem.

Doch Anfang der 2000er Jahre kamen andere Wissenschaftler zu einem überraschend anderen Ergebnis. Sie fanden heraus, dass der tiefste Zweig der Fauna die Geleebonbons waren – dünne, ovale Lebewesen, die oft eine charakteristische Reihe schillernder Bänder bilden, die in der Dunkelheit der Meerestiefen flackern.

Viele Experten zögerten, diese Schlussfolgerung zu akzeptieren, da sie bedeutete, dass die Evolution der Tiere seltsamer war, als sie gedacht hatten. Zum einen sind Kammgele nicht so einfach wie ein Schwamm. Sie haben ein Nervensystem: ein Netzwerk von Neuronen, die um ihren Körper laufen und ihre Muskeln steuern.

Um die Wackel-Schwamm-Debatte zu lösen, sammelten Forscher auf der ganzen Welt DNA von weiteren Arten von Meerestieren. Anstatt einzelne Gene zu betrachten, fanden die Forscher heraus, wie man das gesamte Genom sequenziert.

Doch die Flut neuer Daten konnte die Kontroverse nicht beilegen. Einige Wissenschaftler bauten schließlich einen Baum zusammen, bei dem der Schwamm der tiefste Ast war, während andere schließlich das Wabengelee herausschnitten.

Die neue Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, basiert auf einer neuen Methode zur Verwendung von DNA zur Verfolgung der Evolution von Tieren.

In früheren Studien untersuchten Wissenschaftler, wie bestimmte Mutationen in verschiedenen Tierzweigen auftreten. Eine Mutation kann dazu führen, dass ein genetischer Buchstabe, die sogenannte Base, in einen anderen Buchstaben umgewandelt wird. Diese Mutation wird dann an die Nachkommen des Tieres vererbt.

Aber diese Mutationen können unzuverlässige historische Marker sein. Die Basis könnte sich von einem Buchstaben zum nächsten verschieben und Millionen von Jahren später wieder zum ursprünglichen Buchstaben zurückkehren. Alternativ kann dieselbe Basis denselben Buchstaben in zwei nicht verwandten Abstammungslinien bezeichnen. Diese parallele Entwicklung erzeugt die Illusion, dass die beiden Abstammungslinien eng miteinander verbunden sind.

In der neuen Studie untersuchten Darren Schultz, Evolutionsbiologe an der Universität Wien, und seine Kollegen stattdessen eine andere Art genetischer Veränderung. In seltenen Fällen wird ein großer Teil der DNA versehentlich von einem Chromosom auf ein anderes übertragen.

Es ist unwahrscheinlich, dass sich Wissenschaftler von einer so großen Mutation täuschen lassen. Die Wahrscheinlichkeit, dass genau dasselbe Stück DNA ein zweites Mal an genau denselben Ort gelangt, ist astronomisch gering. Es ist auch unmöglich, dass dieses Stück genau an den Ort zurückkehrt, von dem es stammt.

„Es ist ein direkter Beweis dafür, dass etwas passiert ist“, sagte Dr. Schultz.

Sein Team verfolgte die Bewegungen des genetischen Materials in den Chromosomen von neun Tieren sowie drei einzelligen Verwandten der Tiere. Sie fanden mehrere DNA-Stücke an genau derselben Stelle im Genom von Schwämmen und anderen Tieren. Bei Wabenquallen und ihren einzelligen tierischen Verwandten befanden sich diese Stücke jedoch an einer anderen Position. Diese Entdeckung führte Dr. Schultz und seine Kollegen zu dem Schluss, dass sich Wabenquallen zuerst von anderen Tieren trennten.

„Es ist ein neuer Look mit einer neuen Herangehensweise an das Thema“, sagte Antonis Rocas, ein Evolutionsbiologe an der Vanderbilt University, der nicht an der Studie beteiligt war.

In einer Studie aus dem Jahr 2021 wurde Kammgelee von Dr. Rocas und Kollegen empfohlen. Er sagte, die neue Analyse sei eine starke Bestätigung.

„Ich habe gelernt, nicht zu sagen, dass die Kontroverse vorbei ist“, sagte Dr. Rocas. „Aber das bewegt die Nadel.“

Die Studie eröffnet neue und faszinierende Möglichkeiten dafür, wie der gemeinsame Vorfahre lebender Tiere ausgesehen haben könnte. Wenn Wabengallerten mit ihrem Nervensystem und ihren Muskeln den tiefsten Zweig des Tierbaums bildeten, waren die frühen Tiere vielleicht nicht einfach und schwammartig. Sie hatten auch Nervensysteme und Muskeln. Erst später gab der Schwamm sein Nervensystem auf.

Dr. Schultz warnte davor, Wabengelees als lebende Fossilien zu betrachten, die sich seit der Entstehung der Tiere nicht verändert haben. „Etwas, das heute lebt, kann nicht der Vorfahre von etwas sein, das heute lebt“, sagte er.

Stattdessen wollen die Forscher nun die Gelees durchkämmen, um herauszufinden, wie ähnlich und unterschiedlich ihr Nervensystem dem anderer Tiere ist. Kürzlich haben Mike Keitelman, Zellbiologe an der Oxford Brookes University, und ihre Kollegen Kammgallertenlarven eingefroren, um einen mikroskopischen Blick auf ihr Nervensystem zu werfen. Was sie sahen, verwirrte sie.

Im gesamten Tierreich sind Neuronen normalerweise durch winzige Lücken, sogenannte Synapsen, voneinander getrennt. Sie können über die Lücke hinweg kommunizieren, indem sie Chemikalien freisetzen.

Doch als Dr. Kettleman und ihre Kollegen begannen, die Gelneuronen des Mittelfußknochens zu untersuchen, hatten sie Schwierigkeiten, die Synapsen zwischen den Neuronen zu finden. „Zu diesem Zeitpunkt dachten wir: ‚Das ist merkwürdig‘“, sagte sie.

Am Ende konnten sie keine Synapsen zwischen ihnen finden. Stattdessen bildet das metakarpophalangeale Nervensystem ein zusammenhängendes Netzwerk.

Laut Dr. Kettleman und ihren Kollegen Ich habe letzten Monat über ihre Ergebnisse berichtetund spekulierte über eine andere Möglichkeit für die Herkunft der Tiere. Kammquallen haben möglicherweise ihr besonderes Nervensystem unabhängig von anderen Tieren entwickelt und dabei einige der gleichen Bausteine ​​verwendet.

Dr. Kittelmann und ihre Kollegen untersuchen nun andere Arten von Kammgelee, um zu sehen, ob diese Idee Bestand hat. Aber sie werden nie wieder überrascht sein. „Man sollte nichts annehmen“, sagte sie.