Pozostałe wpisy z tej serii:

Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (2): Pierwsza wielka schizma w królestwie zwierząt
Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (3): Myxozoa, czyli ewolucja na biegu wstecznym
Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (4): Eksplozja kambryjska, której właściwie nie było
Fantastyczne zwierzęta i jak je znaleźć (5): Ediakar, czyli świat prototypów

Patrz też: Płaskowce, czyli zalety prostoty (autor: Łukasz Sobala)

Czy pamiętacie żebropławy? Trzy tygodnie temu Marcin Czerwiński przedstawiał najnowsze odkrycia dotyczące pochodzenia układu nerwowego zwierząt (Metazoa). Jak się okazuje, układ ten wyewoluował niezależnie na dwa różne sposoby. Jeden z nich widzimy właśnie u żebropławów (Ctenophora), których neurony łączą się bezpośrednio w sieć, tzw. syncytium. Drugi sposób występuje u zwierząt dwubocznie symetrycznych (Bilateria) i u parzydełkowców (Cnidaria), u których neurony komunikują się, przekazując sobie sygnały (potencjały czynnościowe) za pośrednictwem specjalnych łączy zwanych synapsami.

Dwie pozostałe żyjące współcześnie grupy zwierząt, gąbki (Porifera) i płaskowce (Placozoa), w ogóle nie posiadają wyspecjalizowanych neuronów, choć mają geny kojarzone z układem nerwowym, a ich komórki mogą z sobą „rozmawiać” za pomocą neuropeptydów (krótkich łańcuchów aminokwasów pełniących funkcje sygnalizacyjne). Gąbki i płaskowce nie mają także mięśni, które w takiej czy innej formie występują u żebropławów, parzydełkowców i zwierząt dwubocznie symetrycznych i których aktywność jest kontrolowana przez układ nerwowy.

Pierwsze głębokie podziały linii ewolucyjnych wczesnych zwierząt nastąpiły bardzo dawno – prawdopodobnie ok. 800–700 mln lat temu, czyli w okresie, z którego zachowało się bardzo niewiele skamieniałości. Od tego czasu tryb życia zwierząt, ich anatomia i struktura genomu ulegały wielu gruntownym zmianom. Pięć głównych gałęzi drzewa ewolucyjnego zwierząt różni się dziś tak bardzo, że trudno sobie nawet wyobrazić, jak mógł wyglądać ich ostatni wspólny przodek. W każdym razie zapewne wyglądał inaczej niż w naszych naiwnych wyobrażeniach na ten temat.

Niedawne badania genomów rzuciły nieco światła na stosunki pokrewieństwa między wspomnianymi grupami. Okazało się, że bliższe pokrewieństwo łączy Bilateria (do których należy nasz gatunek) i parzydełkowce, a także – rzecz zaskakująca – mało znane i prymitywnie wyglądające płaskowce. Świadczą o tym wspólne innowacje ewolucyjne, a zwłaszcza występowanie tzw. genów homeotycznych (Hox/ParaHox). Podczas rozwoju embrionalnego kodowane przez nie białka regulują kaskadę ekspresji innych genów i podziały komórkowe w określonych punktach rozwijającego się zarodka, sterując budową planu ciała i najważniejszych cech anatomicznych. Z tego powodu grupę, na którą składają się te trzy gałęzie, nazwano Parahoxozoa.

Nie było jednak dotąd jasne, która z pozostałych gałęzi jest bliżej spokrewniona z Parahoxozoa – żebropławy czy może gąbki. Jeśli żebropławy, to gąbki byłyby grupą siostrzaną względem wszystkich pozostałych zwierząt. Innymi słowy, wg tego scenariusza pierwszy podział drzewa rodowego dał początek gąbkom i nie-gąbkom. Jeśli natomiast gąbki są bliższymi krewnymi Parahoxozoa, to oznaczałoby, że potomstwo ostatniego wspólnego przodka wszystkich zwierząt podzieliło się najpierw na przodków żebropławów i nie-żebropławów.

A zatem – która grupa oddzieliła się wcześniej? Morfologia (budowa ciała) wskazywałaby na gąbki, które wydają się wyjątkowo prymitywne. Nie posiadają tkanek ani narządów w ścisłym sensie. Prowadzą osiadły tryb życia i odżywiają się, filtrując wodę i odławiając zawarte w niej mikroorganizmy. Niektóre z ich komórek, tzw. choanocyty (komórki kołnierzykowate), zaopatrzone są w wić, której ruchy zapewniają przepływ  wody przez ciało gąbki. Przypominają one do złudzenia wiciowce kołnierzykowate (Choanoflagellata), grupę jednokomórkowych organizmów uważanych za najbliższych krewnych zwierząt.

Z drugiej strony część danych genetycznych wskazywała na żebropławy jako grupę najbardziej odrębną ewolucyjnie od pozostałych zwierząt. Nie było to jednak oczywiste – nie jest łatwo odtworzyć drzewo ewolucyjne DNA na podstawie porównywania współczesnych genomów, które przez 700 milionów lat ewoluowały niezależnie. Stąd trwający od kilku lat spór między zwolennikami „siostrzanych gąbek” i „siostrzanych żebropławów”.

Wydaje się, że spór ten został wreszcie rozstrzygnięty na korzyść żebropławów dzięki bardzo pomysłowym i elegancko przeprowadzonym badaniom, których wyniki właśnie opublikowano w czasopiśmie Nature. Streszczę je w kolejnym odcinku tej miniserii, ale w ramach wstępu pozwolę sobie zauważyć, że żebropławy są jak gdyby zwierzętami alternatywnymi. Ich istnienie pokazuje dobitnie, że ewolucja nie jest procesem linearnym, w których udoskonalenia gromadzą się systematycznie w jednej uprzywilejowanej linii rodowej.

Nie należy też zakładać z góry, że jakaś grupa oddzieliła się wcześnie od swoich kuzynów, ponieważ ma „cechy prymitywne”. Szczerze mówiąc, dopóki nie poznamy struktury drzewa rodowego, nie możemy mieć pewności, które cechy są rzeczywiście prymitywne w tym sensie, że czynią dany gatunek podobnym do wspólnego przodka. Zawsze istnieje możliwość, że przodek ten był bardziej skomplikowany niż część jego spadkobierców, a rzekomy prymitywizm np. gąbek i płaskowców (o których też będą osobne wpisy) wynika z wtórnego uproszczenia budowy ciała i stylu życia.

Żebropławy rozwinęły alternatywne cechy anatomiczne (w tym alternatywną architekturę układu nerwowego) niezależnie od grupy, do której my, ludzie mamy honor się zaliczać. Jakiś wstępny potencjał zwiększający prawdopodobieństwo takiego rozwoju istniał nie tylko u najstarszych zwierząt, ale nawet u ich jednokomórkowych protoplastów. Wiciowce kołnierzykowe (wśród których jest wiele gatunków kolonijnych) nie są zwierzętami w ścisłym sensie, ale mają geny kodujące białka spokrewnione z prekursorami zwierzęcych neuropeptydów. Nie jest jednak jasne, czy korzystają z neuropeptydów, aby koordynować działania (np. ruchy wici) w obrębie kolonii w reakcji na bodźce środowiskowe. Ponieważ neuropeptydy występują także u samotnie żyjących jednokomórkowych kuzynów zwierząt, zapewne pełniły jakieś inne funkcje, zanim zostały wykorzystane w komunikacji międzykomórkowej.

Na zakończenie chciałbym zwrócić uwagę, że jak to zwykle bywa w świecie zjawisk ewolucyjnych, sukces poszczególnych grup pochodzących od wspólnego przodka podzielony jest skrajnie nierówno. Znamy obecnie 100–150 opisanych gatunków żebropławów, ok. 9 tys. gatunków gąbek, 4 (słownie: cztery) gatunki płaskowców (to i tak dobrze, bo do niedawna znany był tylko jeden) oraz ok. 12 tys. gatunków parzydełkowców. Ta ostatnia liczba jest na pewno grubo niedoszacowana, ale tak czy owak liczba wszystkich gatunków zwierząt w tych czterech gałęziach drzewa filogenetycznego zapewnie nie przekracza stu tysięcy. Natomiast liczba opisanych dotąd gatunków należących do Bilateria (zwierząt dwubocznie symetrycznych) już wynosi ponad 2 miliony, z czego połowę stanowią owady.

Jak jednak wiadomo, wielkość to nie wszystko. Żeby się dowiedzieć, jak powstały zwierzęta i jak wyglądały pierwsze etapy ich ewolucji – na długo przed początkiem kambru, czyli więcej niż 540 mln lat temu – musimy się bliżej przyjrzeć zwierzętom spoza dominującej dziś grupy. Jak się okaże, opłaca się także wziąć pod uwagę dalszych kuzynów zwierząt. Choć oddzielili się od nas miliard lat temu i (z wyjątkiem grzybów) nie osiągnęli porównywalnej różnorodności ani złożoności, to jednak żyją nadal i przechowują cenne informacje na temat naszego pochodzenia.

Lektura dodatkowa:

Układ nerwowy żebropławów: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade5645

Co wiemy o wiciowcach kołnierzykowatych (Choanoflagellata): https://link.springer.com/article/10.1007/s10071-023-01776-z

O tym, co oznacza brak neuronów u gąbek i płaskowców: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2015.0059

Badanie, o którym będzie mowa w kolejnym odcinku: https://www.nature.com/articles/s41586-023-05936-6