Eerste dieren: de kamkwallen waren de eerste

Wat is de vroegste evolutie van dieren? Welke groep vormde de eerste tak in de dierenstamboom? Met behulp van chromosoomanalyse heeft een studie nu aangetoond dat kamkwallen ongeveer 700 miljoen jaar geleden als eersten splitsten – zelfs vóór sponzen, waarvan ooit werd gedacht dat ze de meest primitieve vertegenwoordigers van het dierenrijk waren. Daarom is de kamkwal van alle moderne dieren op genetisch niveau nog steeds het nauwst verwant aan de protozoa waaruit de eerste dieren voortkwamen.

Enkele honderden miljoenen jaren geleden ontstonden de eerste meercellige dieren van de oceanen uit eencellige micro-organismen. Maar welke van de dierengroepen die vandaag de dag nog te vinden zijn, zijn het meest primitief? Tot nu toe ging de wetenschap er algemeen van uit dat het de spons was. Ze hebben geen organen of zenuwstelsel en ze gedragen zich als een groep eencellige organismen. Een andere kandidaat was de kamkwal (Ctenophora), die op kwallen lijkt maar er in de verte aan verwant is. Hoewel uit genetische analyses bleek dat zowel sponzen als kamkwallen erg primitief zijn, konden ze niet ophelderen welke van de twee groepen de eerste tak van de stamboom van het dier vormde.

Sponzen, kamkwallen en protozoa werden onderzocht

Een team onder leiding van Darren Schultz van de Universiteit van Wenen in Oostenrijk heeft dit mysterie opgelost. In plaats van te analyseren hoe genen in de loop van de tijd evolueren, concentreerden Schultz en zijn collega’s zich op de volgorde waarin genen op chromosomen zijn gerangschikt. Deze eigenschap verandert heel weinig in de loop van de evolutie. In een eerdere studie toonde het onderzoeksteam aan dat de chromosomen van sponzen, kwallen en vele andere ongewervelde dieren zeer vergelijkbare chromosomale genotypen dragen, ook al hebben ze zich gedurende meer dan een half miljard jaar onafhankelijk van elkaar ontwikkeld.

Voor de huidige studie vergeleek het team de chromosomale samenstelling van twee soorten spons, twee soorten kamkwallen en drie eencellige eencellige wezens. Resultaat: de rangschikking van genen in kamkwallen leek op belangrijke punten meer op die van protozoa. “Dat was de kern ervan”, zegt co-auteur Daniel Rokhsar van de University of California, Berkeley. “We hebben een handvol herschikkingen gevonden die worden gedeeld door sponzen en alle andere dieren behalve de kamkwallen. De kamkwallen daarentegen zijn vergelijkbaar met niet-dieren. De meest plausibele verklaring is dat de kamkwallen vertakte vóór de reorganisatie.”

Een venster naar het verleden

“Vingerafdrukken van deze oude evolutionaire gebeurtenis zijn honderden miljoenen jaren later nog steeds te vinden in het genoom van dieren”, zegt Schultz. Chromosoomanalyses openen dus een venster naar een grotendeels onbekend tijdperk van vroege ontwikkeling van dieren. “De meest recente gemeenschappelijke voorouder van alle dieren leefde waarschijnlijk 600 of 700 miljoen jaar geleden”, legt Rokhsar uit. “Het is moeilijk om te weten hoe ze eruit zagen, omdat het zachte dieren zijn die geen directe fossiele sporen hebben achtergelaten. Maar we kunnen vergelijkingen maken tussen levende dieren om een ​​idee te krijgen van onze gemeenschappelijke voorouders. Met onze analyse graven we diep in de verleden waar we geen hoop hebben om fossielen te vinden – maar door genomen te vergelijken, leren we over deze zeer vroege voorouders.

De studie biedt dus een belangrijke bouwsteen om te begrijpen hoe dierlijke phyla zich tot elkaar verhouden – van primitieve organismen zoals kamkwallen en sponzen tot wormen en geleedpotigen tot gewervelde dieren zoals mensen. Het kan ook helpen begrijpen hoe belangrijke functies zoals het zenuwstelsel, de spieren en het spijsverteringsstelsel zich ontwikkelen. “Dit onderzoek geeft ons context om te begrijpen wat dieren tot dieren maakt”, zegt Schultz. “Het zal ons helpen de basisfuncties te begrijpen die we allemaal delen, zoals milieubewustzijn, voeding en beweging.”

Bron: Darren Schultz (Universiteit van Wenen, Oostenrijk) et al., Nature, hier beschikbaar. doi: 10.1038/s41586-023-05936-6

© wissenschaft.de – Elena Bernard