马蹄蟹真的是蜘蛛 蝎子的亲戚

蓝色的血管和10条瘦腿装甲，马蹄蟹似乎总是有点不合适。

1881年，进化生物学家E. Ray Lankester首先认为与螃蟹，龙虾和其他甲壳类动物密切相关，将它们固定在一组更类似于蜘蛛和蝎子的群体中。从那以后，马蹄蟹一直被认为是蜘蛛的祖先，但分子序列数据总是稀疏到令人怀疑。

威斯康星大学麦迪逊分校的进化生物学家JesúsBallesteros和Prashant Sharma希望，他们最近在“系统生物学”杂志上发表的研究有助于在蜘蛛纲动物家族树中牢固地种植古老的马蹄蟹。

通过分析遗传数据的宝库并考虑大量可能的方法来检查遗传数据，科学家现在对马蹄蟹确实属于蛛形纲动物具有高度的信心。

“通过显示马蹄蟹是蜘蛛状辐射的一部分，而不是与蜘蛛紧密相关但不依赖于蜘蛛的谱系，所有先前关于蜘蛛纲动物进化的假设都需要修改，”Sharma实验室的博士后研究员Ballesteros说。“这是我们对节肢动物进化理解的重大转变。”

节肢动物通常被认为是地球上最成功的动物，因为它们占据陆地，水和天空，包括超过一百万种。这种分组包括昆虫，甲壳类动物和蛛形纲动物。

马蹄蟹一直难以在节肢动物中进行分类，因为对动物基因组的分析反复表明它们与蜘蛛，蝎子，螨虫，蜱和蜘蛛等鲜为人知的生物有关。然而，“科学家认为这是一个错误，数据存在问题，”Ballesteros说。

此外，马蹄蟹具有在各种节肢动物中观察到的混合物理特征。它们像螃蟹一样具有硬壳，但却是唯一已知用书鳃呼吸的海洋动物，类似书中的肺部蜘蛛和蝎子用于在陆地上生存。

今天只有四种马蹄蟹存活，但该群体首次出现在大约4.5亿年前的化石记录中，以及像海蝎一样的神秘，灭绝的血统。这些活化石在大规模灭绝事件中幸存下来，今天他们的血液被生物医学工业用来测试细菌污染。

Ballesteros和Sharma说，年龄只是追踪其进化所固有的问题之一，因为追溯时间寻找共同的祖先并不容易实现。来自化石记录和遗传学的证据表明，这些动物群体之间的进化很快发生，使彼此之间的关系卷入其中。

“构建生命之树最具挑战性的方面之一就是区分旧的辐射，这些古老的物种形成，”综合生物学教授夏尔马说。“没有大量遗传数据，很难解决。”

即使在那时，当观察可以联合或分离物种的基因的历史时，遗传比较变得棘手。一些遗传变化可能会产生误导，暗示不存在的关系或解除连接。这归因于诸如不完整的谱系分选或侧向基因转移之类的现象，通过这些现象，各种基因在物种的进化中不能干净地制造。

Ballesteros通过比较四种活马蹄蟹中三种的完整基因组与其他50种节肢动物物种(包括水蚤，蜈蚣和收获者)的基因组序列，测试了最棘手的基因之间的复杂关系。

使用一组复杂的矩阵，注意不要在分析中引入偏差，他煞费苦心地将数据分开。尽管如此，无论巴列斯特罗斯以何种方式进行分析，他都发现马蹄蟹嵌在蜘蛛纲动物的家谱中。

他说，他的方法可以作为其他进化生物学家的警示故事，他们可能会倾向于挑选看起来最可靠的数据，或者抛弃那些似乎不合适的数据。例如，研究人员可以“强迫”他们的数据将马蹄蟹放入甲壳类动物中，Sharma说，但这并不准确。研究小组尝试了这一点，发现数百个基因支持不正确的树木。

Ballesteros鼓励其他人将他们的进化数据置于这种严格的方法论中，因为“进化是复杂的”。

为什么马蹄蟹是水居民，而其他蜘蛛栖息在土地上仍然是一个悬而未决的问题。这些动物属于一个名为Chelicerata的组，其中还包括海蜘蛛。海蜘蛛是像马蹄蟹这样的海洋节肢动物，但它们不是蜘蛛。

“研究得出的结论是，蜘蛛的征服土地比单一的传统事件更为复杂，”巴列斯特罗斯说。

蜘蛛纲动物的共同祖先可能在水中进化，只有像蜘蛛和蝎子这样的群体才能降落。或者，一个共同的祖先可能已经在陆地上进化，然后马蹄蟹重新定居海洋。

“我们追求的最大问题是陆地化的历史，”夏尔马说。

对于正在研究生活在以色列洞穴深处的蜘蛛失明演变的巴列斯特罗斯来说，他的动机本身就是人性的核心。

“我会带着幼稚的好奇心看，并问：'所有这些多样性是如何形成的?'”他说。“存在的东西令人难以置信，而且我从未想过能够做到这一点我有幸获得这种能力。”

该研究由M. Guyer博士后奖学金资助，并得到国家科学基金会资助IOS-1552610的支持。

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