Wie was er eerst, de spons of de ribkwal? Een van de twee groepen is als allereerste dier afgesplitst van andere dierensoorten door apart te evolueren – maar welke van de twee, dat is al tijdenlang een mysterie. Een nieuw onderzoek pleit nu voor de ribkwal. Wetenschappers aan beide kanten van het debat prijzen de studie omdat die opheldering biedt, al wordt ze nog niet gezien als het definitieve antwoord.
De allereerste diergroep die zich afsplitste kan licht werpen op belangrijke evolutievragen zoals hoe zijn dieren ontstaan, hoe zagen de eerste dieren eruit en wanneer ontstonden de eerste hersenen? Of we voor de antwoorden op deze vragen moeten aankloppen bij de spons of bij de ribkwal, was tijdenlang onduidelijk.
Oerdier
De eerste complexe dieren evolueerden zo’n 600 miljoen jaar geleden. In tegenstelling tot hun eenvoudigere voorouders hadden ze grote lichamen die uit veel cellen bestonden die gespecialiseerde organen vormden.
‘Bij mannen ruikt het meer naar kaas, bij vrouwen naar ui’: verrassende verhalen over microben
Ze zitten op je neus, op je bord, in je darmen, onder je voeten. Te klein om met het blote oog te zien, met oneindig veel en ...
Die vroege dieren zijn uitgesplitst in alle grote diergroepen die we vandaag de dag kennen, van zeesterren en insecten tot vogels en zoogdieren. Wat we niet weten, is hoe de eerste dieren er uitzagen of hoe ze zich gedroegen.
Reconstructie
Het zou helpen om te weten in welke volgorde de verschillende diergroepen afsplitsten. Van twee groepen is bekend dat ze in ieder geval ouder zijn dan de rest: de ribkwallen (Ctenophora) en de sponzen. Sponzen leven op een vaste stek in zee en ze hebben geen zenuwstelsel. Ribkwallen lijken op het eerste gezicht op kwallen die tot een andere stam behoren, die van de neteldieren, en hebben wel een zenuwstelsel.
‘Ik kan in ieder geval zeggen dat de voorouder van de dieren niet leek op de ribkwallen of sponzen zoals we ze vandaag de dag zien’, zegt bioloog Antonis Rokas van de Vanderbilt Universiteit in de Amerikaanse staat Tennessee. Maar het DNA van de hedendaagse dieren kan ons wel vertellen welke genen in de eerste dieren voorkwamen. Daardoor kunnen onderzoekers achterhalen hoe die vroege dieren er uitzagen.
Wie was er eerst
Decennialang werd aangenomen dat sponzen de eerste waren die zich afsplitsten, en dat zij daarmee de oudste en meest primitieve dieren waren. Recentere onderzoeken trokken dat echter in twijfel. In 2008 keken onderzoekers onder leiding van evolutiebioloog Casey Dunn, nu werkzaam aan de Yale University, naar het DNA van 29 soorten die in de verte verwant zijn aan elkaar. Ze ontdekten dat de ribkwal waarschijnlijk als eerste groep was afgespleten. Vijf jaar later werd deze conclusie onderstreept toen de onderzoekers het volledige genoom van een Amerikaanse ribkwal (Mnemiopsis leidyi) in kaart brachten.
Sindsdien is het een onderwerp van debat waar nog steeds geen consensus over bestaat. Sommige onderzoeken zeggen dat ribkwallen de eerste waren, maar andere wijzen er juist op dat het sponzen waren.
Om de discussie te beslechten hebben onderzoekers onder leiding van Rokas en Dunn opnieuw alle genetische gegevens van ribkwallen, sponzen en aanverwante groepen geanalyseerd.
Meten met twee maten
‘Eén ding dat we in de loop der jaren hebben gemerkt, is dat we soms langs elkaar heen praten’, zegt Rokas. Genetische data kunnen op verschillende manieren worden geanalyseerd. Daarbij kunnen ook verschillende antwoorden uit de analyse rollen. Daardoor is het discussiëren over de verschillende uitkomsten van verschillende onderzoeken vaak een kwestie van appels met peren vergelijken. ‘Er ontstaat verwarring omdat niet iedereen dezelfde benchmark gebruikt’, zegt hij.
Rokas en Dunn vonden een manier om alle gegevens en analyses op een gelijkwaardige manier te vergelijken. ‘We kunnen nu de verschillende modellen interpreteren op een manier die gestandaardiseerd en systematisch is’, zegt Rokas.
Ribkwal wint
Het team stelde vast dat de meeste methoden erop wijzen dat ribkwallen de eerste groep dieren vormden. Slechts één softwarepakket bleef erbij dat het antwoord sponzen was, en dat was alleen het geval als het op een bepaalde manier was opgezet.
Dat betekent dat het echt minder waarschijnlijk is dat sponzen de eerste groep vormden die zich afsplitste, zegt Rokas. Het bewijst wijst nu echt wel naar ribkwallen, zegt hij.
‘Dit is een belangrijke stap vooruit wat betreft de eenduidigheid van de analyses. Alles is goed gedocumenteerd en kan worden gereproduceerd’, zegt Nicole King van de Universiteit van Californië, Berkeley, die in 2017 meeschreef aan een analyse die de sponzenhypothese ondersteunde.
Geen definitief antwoord
King en Rokas denken allebei wel dat de discussie nog wel even zal voortduren. Een knelpunt is dat van slechts een handvol sponzen en ribkwallen het DNA in kaart is gebracht. Er zijn nog veel meer genomen nodig om helemaal zeker te zijn. ‘We hebben geen idee hoe de modellen zich zullen gaan gedragen als we steeds meer genomen toevoegen’, zegt Rokas.
‘Ik ben een beetje teleurgesteld in de snelle reacties die ik heb gezien op social media, die beweren dat deze studie alles verandert. Dat is niet zo’, zegt King.
Het is bijvoorbeeld moeilijk te achterhalen welke delen van het ribkwalgenoom afkomstig zijn van de gemeenschappelijke voorouder van dieren. ‘Het genoom van de ribkwal evolueert zeer snel’, zegt King. ‘Hedendaagse ribkwallen vertegenwoordigen dus niet een op een hun voorouders.’
Hersenkraker
Het oplossen van de vraag is niet alleen belangrijk voor spons- en ribkwalfanaten. Het zou ons begrip van de evolutie van het zenuwstelsel en de hersenen kunnen veranderen.
Als de hersenloze sponzen eerst zijn afgesplitst, hadden de eerste dieren geen hersenen. In dat geval zijn hersenen maar één keer geëvolueerd, op de lijn die leidde tot ribkwallen en andere dieren. Maar als de ribkwallen zich als eerste afsplitsen, dan verandert het verhaal, zegt Rokas. ‘Het zenuwstelsel was dan óf aanwezig in de voorouders en ging later verloren in sponzen, óf het zenuwstelsel evolueerde twee keer, onafhankelijk van elkaar: één keer in ribkwallen en één keer in de rest van de dieren.’
Volgens neurowetenschapper Leonid Moroz van de Universiteit van Florida is deze vraag helemaal niet controversieel. ‘Het zenuwstelsel evolueerde meerdere keren. Minstens twee keer, misschien zelfs drie keer of vaker’, zegt hij. Moroz vergelijkt het zenuwstelsel met complexe ogen, die in veel diergroepen onafhankelijk van elkaar zijn ontstaan.
King is hier niet van overtuigd. Zij wijst erop dat het zenuwstelsel van ribkwallen veel overeenkomsten vertoont met dat van andere dieren. Omdat ze al lang geleden een ander evolutionair pad op gingen, is het niet gek dat er ook verschillen zijn, maar de overeenkomsten wijzen op een gemeenschappelijke oorsprong, zegt ze.
Genetica alleen zal geen van beide vragen oplossen, zegt Moroz. ‘Je moet mensen met veel verschillende achtergronden aan deze projecten laten werken’, zegt zijn collega Andrea Kohn.
