藍(lán)色的血管和10條瘦腿裝甲，馬蹄蟹似乎總是有點(diǎn)不合適。

1881年，進(jìn)化生物學(xué)家E. Ray Lankester首先認(rèn)為與螃蟹，龍蝦和其他甲殼類動物密切相關(guān)，將它們固定在一組更類似于蜘蛛和蝎子的群體中。從那以后，馬蹄蟹一直被認(rèn)為是蜘蛛的祖先，但分子序列數(shù)據(jù)總是稀疏到令人懷疑。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的進(jìn)化生物學(xué)家JesúsBallesteros和Prashant Sharma希望，他們最近在“系統(tǒng)生物學(xué)”雜志上發(fā)表的研究有助于在蜘蛛綱動物家族樹中牢固地種植古老的馬蹄蟹。

通過分析遺傳數(shù)據(jù)的寶庫并考慮大量可能的方法來檢查遺傳數(shù)據(jù)，科學(xué)家現(xiàn)在對馬蹄蟹確實(shí)屬于蛛形綱動物具有高度的信心。

“通過顯示馬蹄蟹是蜘蛛狀輻射的一部分，而不是與蜘蛛緊密相關(guān)但不依賴于蜘蛛的譜系，所有先前關(guān)于蜘蛛綱動物進(jìn)化的假設(shè)都需要修改，”Sharma實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Ballesteros說。“這是我們對節(jié)肢動物進(jìn)化理解的重大轉(zhuǎn)變。”

節(jié)肢動物通常被認(rèn)為是地球上最成功的動物，因?yàn)樗鼈冋紦?jù)陸地，水和天空，包括超過一百萬種。這種分組包括昆蟲，甲殼類動物和蛛形綱動物。

馬蹄蟹一直難以在節(jié)肢動物中進(jìn)行分類，因?yàn)閷游锘蚪M的分析反復(fù)表明它們與蜘蛛，蝎子，螨蟲，蜱和蜘蛛等鮮為人知的生物有關(guān)。然而，“科學(xué)家認(rèn)為這是一個(gè)錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)存在問題，”Ballesteros說。

此外，馬蹄蟹具有在各種節(jié)肢動物中觀察到的混合物理特征。它們像螃蟹一樣具有硬殼，但卻是唯一已知用書鰓呼吸的海洋動物，類似書中的肺部蜘蛛和蝎子用于在陸地上生存。

今天只有四種馬蹄蟹存活，但該群體首次出現(xiàn)在大約4.5億年前的化石記錄中，以及像海蝎一樣的神秘，滅絕的血統(tǒng)。這些活化石在大規(guī)模滅絕事件中幸存下來，今天他們的血液被生物醫(yī)學(xué)工業(yè)用來測試細(xì)菌污染。

Ballesteros和Sharma說，年齡只是追蹤其進(jìn)化所固有的問題之一，因?yàn)樽匪輹r(shí)間尋找共同的祖先并不容易實(shí)現(xiàn)。來自化石記錄和遺傳學(xué)的證據(jù)表明，這些動物群體之間的進(jìn)化很快發(fā)生，使彼此之間的關(guān)系卷入其中。

“構(gòu)建生命之樹最具挑戰(zhàn)性的方面之一就是區(qū)分舊的輻射，這些古老的物種形成，”綜合生物學(xué)教授夏爾馬說。“沒有大量遺傳數(shù)據(jù)，很難解決。”

即使在那時(shí)，當(dāng)觀察可以聯(lián)合或分離物種的基因的歷史時(shí)，遺傳比較變得棘手。一些遺傳變化可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)，暗示不存在的關(guān)系或解除連接。這歸因于諸如不完整的譜系分選或側(cè)向基因轉(zhuǎn)移之類的現(xiàn)象，通過這些現(xiàn)象，各種基因在物種的進(jìn)化中不能干凈地制造。

Ballesteros通過比較四種活馬蹄蟹中三種的完整基因組與其他50種節(jié)肢動物物種(包括水蚤，蜈蚣和收獲者)的基因組序列，測試了最棘手的基因之間的復(fù)雜關(guān)系。

使用一組復(fù)雜的矩陣，注意不要在分析中引入偏差，他煞費(fèi)苦心地將數(shù)據(jù)分開。盡管如此，無論巴列斯特羅斯以何種方式進(jìn)行分析，他都發(fā)現(xiàn)馬蹄蟹嵌在蜘蛛綱動物的家譜中。

他說，他的方法可以作為其他進(jìn)化生物學(xué)家的警示故事，他們可能會傾向于挑選看起來最可靠的數(shù)據(jù)，或者拋棄那些似乎不合適的數(shù)據(jù)。例如，研究人員可以“強(qiáng)迫”他們的數(shù)據(jù)將馬蹄蟹放入甲殼類動物中，Sharma說，但這并不準(zhǔn)確。研究小組嘗試了這一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)基因支持不正確的樹木。

Ballesteros鼓勵(lì)其他人將他們的進(jìn)化數(shù)據(jù)置于這種嚴(yán)格的方法論中，因?yàn)?ldquo;進(jìn)化是復(fù)雜的”。

為什么馬蹄蟹是水居民，而其他蜘蛛棲息在土地上仍然是一個(gè)懸而未決的問題。這些動物屬于一個(gè)名為Chelicerata的組，其中還包括海蜘蛛。海蜘蛛是像馬蹄蟹這樣的海洋節(jié)肢動物，但它們不是蜘蛛。

“研究得出的結(jié)論是，蜘蛛的征服土地比單一的傳統(tǒng)事件更為復(fù)雜，”巴列斯特羅斯說。

蜘蛛綱動物的共同祖先可能在水中進(jìn)化，只有像蜘蛛和蝎子這樣的群體才能降落。或者，一個(gè)共同的祖先可能已經(jīng)在陸地上進(jìn)化，然后馬蹄蟹重新定居海洋。

“我們追求的最大問題是陸地化的歷史，”夏爾馬說。

對于正在研究生活在以色列洞穴深處的蜘蛛失明演變的巴列斯特羅斯來說，他的動機(jī)本身就是人性的核心。

“我會帶著幼稚的好奇心看，并問：'所有這些多樣性是如何形成的?'”他說。“存在的東西令人難以置信，而且我從未想過能夠做到這一點(diǎn)我有幸獲得這種能力。”

該研究由M. Guyer博士后獎(jiǎng)學(xué)金資助，并得到國家科學(xué)基金會資助IOS-1552610的支持。