Żebropław: nasz najstarszy przodek. Śmiała koncepcja, krwawy spór

Żebropławy nie są ani popularne, ani sławne, ale staną się takie. Jestem tego pewien – mówi dr Pawel Burkhardt z University of Bergen w Norwegii. Ten badacz stał na czele zespołu, którego praca, opublikowana w kwietniu w "Science", skierowała na tę mało znaną grupę zwierząt światła jupiterów. Naukowcy udowodnili, że żebropławy mają układ nerwowy odmienny od wszystkich pozostałych zwierząt. – On jest jak nie z tego świata – mówi dr Burkhardt.

Ledwo miesiąc później brytyjskie "Nature" włączyło kolejne reflektory na scenie zajmowanej przez żebropławy. Opublikowana tam analiza genów ujawniła, że ta grupa była pierwszą, która oddzieliła się od wspólnego pnia zwierząt. Do tej pory za najbardziej pierwotne zwierzęta uważano gąbki, bo ich budowa jest luźna, prowadzą osiadły tryb życia i nie mają układu nerwowego ani mięśniowego. A u żebropławów ciało jest mobilne, zaopatrzone w nerwy i mięśnie. Jeśli więc one były najbardziej pierwotne, to praprzodek wszystkich zwierząt, w tym i nas, mógł być o wiele bardziej skomplikowany, niż ktokolwiek do tej pory przypuszczał. Wizja ewolucji świata fauny wywraca się do góry nogami.

Śmiała koncepcja

Dzisiaj żebropławy najczęściej można spotkać w morzu. Spośród znanych nauce stu kilkudziesięciu ich gatunków ledwie parę osiadło na dnie. Reszta pływa swobodnie w toni morskiej. Ich delikatne, niemal przezroczyste ciała prą przez wodę dzięki ciągłym ruchom rzęsek ustawionych w ośmiu rozchodzących się wzdłuż ciała rzędach. Migocząc, załamują światło, co nadaje im tęczowy, ustawicznie zmieniający się poblask. To od tych rzędów rzęsek, przypominających żebra i służących do pływania, wzięła się nazwa tych zwierząt.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Delikatny wygląd skrywa jednak naturę bezwzględnego drapieżnika. Oczywiście z zachowaniem wszelkich proporcji. Żebropławy osiągają wielkość od paru milimetrów do 1,5 m, najczęściej mieszcząc się w granicach kilku–kilkunastu centymetrów. Odpowiednio do tej wielkości ich ofiarami stają się drobne zwierzęta planktonowe, czasem skorupiaki, meduzy, małe ryby lub inne żebropławy. Ofiarę połykają, trawią, a resztki wyrzucają przez otwór gębowy, bo odbytowego nie mają.

Jeszcze w latach 80. XX w. podręczniki umieszczały żebropławy w grupie zwanej jamochłonami. Obejmowała ona także meduzy, stułbie i koralowce. Wszystkie te zwierzęta mają ciało miękkie, pozbawione szkieletu i zbudowane z dwóch warstw komórek. Ich układ pokarmowy przybiera postać "worka" zwanego jamą chłonąco-trawiącą. To z jej powodu noszą swą polską nazwę. Układ nerwowy jamochłonów ma zwykle postać rozproszonej siatki neuronów. Meduzy, stułbie i koralowce słyną z komórek parzydełkowych, których toksyna potrafi obezwładnić ofiarę lub odstraszyć prześladowcę. Żebropławy nie mają takich struktur.

KLIKNIJ W OKŁADKĘ, BY PRZENIEŚĆ SIĘ DO TYGODNIKA "POLITYKA"

Nowsze badania ujawniały jednak kolejne różnice między żebropławami a pozostałymi jamochłonami. Analizy genetyczne dowodziły wręcz, że są ze sobą niespokrewnione, a ich podobny wygląd to tylko efekt zamieszkiwania tego samego środowiska i prowadzenia zbliżonego trybu życia. Meduzy, stułbie i koralowce zgrupowano więc w typie parzydełkowców (Cnidaria), a żebropławy zyskały status drugiego samodzielnego typu Ctenophora. Prof. Jerzy Dzik z Instytutu Paleobiologii PAN w Warszawie pisał w swej wydanej w 2015 r. "Zoologii": "Są one pierwotniejsze od parzydełkowców, a niektóre dane molekularne wskazują, że mogą być nawet dawniejsze od gąbek". Dodawał przy tym, że "ta ostatnia koncepcja wydaje się jednak nieco zbyt śmiała".

Krwawy spór

Nic dziwnego. To gąbki, najprostsze zwierzęta, które całe życie siedzą przykute do dna i filtrują wodę w poszukiwaniu cząstek pokarmu, wydawały się pasować do schematu ewolucji od zwierząt najprostszych do najbardziej złożonych. Tymczasem badania genetyczne nie były tu jednoznaczne. Sprzeczki między naukowcami bywały nieraz ostre. Ed Yong, brytyjski dziennikarz naukowy, komentował to słowami: "Najpierw gąbki vs. najpierw żebropławy – to jedne z moich ulubionych mało znanych krwawych sporów akademickich".

Rozstrzygnąć tę dyskusję postanowił zespół naukowców pod kierunkiem Daniela S. Rokhsara z University of California w Berkeley oraz Darrina T. Schultza z Universität Wien. Zamiast analizować pojedyncze geny, badacze skupili się na ich dużych grupach, które kiedyś przeskoczyły z jednego chromosomu na drugi. Takie zdarzenia są wyjątkowo rzadkie w ewolucji, a prawdopodobieństwo ich dokładnego powtórzenia jest bliskie zeru. Kilka z takich przemieszczeń naukowcy dostrzegli w genomach gąbek i wszystkich innych zwierząt – poza naszymi bohaterami. To oznaczało, że skomplikowane żebropławy oddzieliły się od wspólnego pnia zwierząt wcześniej niż proste gąbki, jeszcze zanim doszło do tych zmian w chromosomach.

– To wspaniała praca – komentuje dr Pawel Burkhardt. – Jej autorzy wykorzystali nową technikę, jeszcze niestosowaną na tym polu. Dla mnie to bardzo przekonujące. Prof. Jerzy Dzik nieco jednak entuzjazm studzi: – Nie potrafię ocenić wagi rozumowania przedstawionego w artykule z "Nature". Nie widzę jednak powodu zaprzeczania jego konkluzji.

Wtórne uproszczenie

Gdyby to jednak żebropławy, a nie gąbki były pierwotnymi zwierzętami, to jak mógł wyglądać praprzodek wszystkich przedstawicieli fauny? Ponieważ dzisiejsi przedstawiciele tej grupy nie mają szkieletu, to szanse zachowania ich szczątków są bardzo małe. – Niewątpliwie w trakcie ewolucji ich anatomia uległa uproszczeniu. Dzisiejsze przejrzyste żebropławy niewiele mają wspólnego z paleozoicznymi przodkami – twierdzi prof. Dzik.

Na stanowisku Chengjiang w Chinach miał on okazję badać okazy sprzed 540 mln lat. Pojawiające się wtedy nagle duże ilości skamieniałych szczątków w zapisie kopalnym są efektem rozwoju szkieletów i muszli. Powodem była rosnąca obecność drapieżników w morzach albo zwiększająca się ilość wapnia w wodzie. Jedną z takich skamieniałości, nazwaną później Maotianoascus octonarius, prof. Dzik zidentyfikował jako najstarszy gatunek żebropława. – Przy typowej dla tych zwierząt ośmiopromiennej symetrii miał on cechy wśród dzisiejszych jego krewniaków nieznane, np. płaskie struktury szkieletowe rozdzielające pola z poprzecznymi szeregami rzęsek służących żebropławom jako narządy ruchu – opowiada paleontolog.

Dodaje też, że wiele wczesnych żebropławów "miało rozbudowany sztywny szkielet". Musiały go więc w toku ewolucji utracić. W 2002 r. badacz zaproponował nawet hipotezę, że tajemnicze "pióra morskie" – skamieniałości sprzed 560 mln lat, czyli jeszcze przed pojawieniem się licznych szkieletów w zapisie kopalnym – też są spokrewnione z żebropławami. To wszystko sugeruje, że wspólny przodek wszystkich dzisiejszych zwierząt naprawdę był stworzeniem o złożonej budowie. – Wydaje mi się, że wtórne uproszczenie gąbek jest wysoce prawdopodobne – podsumowuje prof. Dzik.

– Gąbki mogły utracić parę rzeczy – zgadza się dr Pawel Burkhardt. Jedną z nich prawdopodobnie był układ nerwowy. – Powstał on bardzo, bardzo wcześnie w ewolucji.

Niewidoczny przodek

Żebropławy go zachowały. Gdy jednak zespół dr. Burkhardta przyjrzał się mu uważniej, natrafił na przedziwne struktury. U wszystkich zwierząt komórki nerwowe są samodzielne. Łączą się ze sobą za pomocą struktur zwanych synapsami. To rodzaj niewielkiej przerwy między komórkami, do której jedna wydziela substancje chemiczne zwane neuroprzekaźnikami, a druga je odbiera. Ich zadaniem jest przekazanie informacji – pobudzenie neuronu lub zahamowanie go. Neuroprzekaźnikami są np. serotonina (zwana hormonem szczęścia) czy adrenalina (hormon strachu, walki i ucieczki). – Myśleliśmy, że i u żebropławów znajdziemy synapsy jak u innych zwierząt – mówi naukowiec.

Tymczasem badacze odkryli, że komórki nerwowe żebropławów nie mają połączeń w postaci synaps, a tworzą jedną wielką strukturę zwaną syncytium albo komórczakiem, czyli coś w rodzaju ogromnej komórki z wieloma jądrami. – To była duża niespodzianka – komentuje dr Burkhardt. Synapsy u żebropławów tworzą się tylko na styku tej wielkiej struktury z komórkami czuciowymi lub mięśniowymi. Korzystają tam jednak z bardzo ograniczonego zestawu neuroprzekaźników – nie ma wśród nich ani serotoniny, ani adrenaliny.

Zagadką pozostaje, jak wyglądał układ nerwowy u praprzodka wszystkich zwierząt. Czy tak jak u żebropławów, czy jak u pozostałych gatunków? A może jeszcze inaczej? – Problem polega na tym, że możemy widzieć tylko te gatunki, które żyją dzisiaj. A wszystkie one ewoluowały 600 mln lat od wspólnego przodka – mówi dr Burkhardt. Badacz próbuje się jednak tego dowiedzieć. Ostatnia jego praca z "Nature" była przecież analizą jedynie wczesnego stadium rozwoju u żebropława Mnemiopsis leidyi. Teraz jego zespół sprawdza, czy układ nerwowy ma taką samą budowę u innych gatunków z tej grupy na różnych etapach rozwoju. Być może wyniki skierują na te zwierzęta kolejne reflektory. Jak się pławić w świetle, to na całego.

Wojciech Mikołuszko