Alla base della diversificazione animale: spugne o ctenofori?

I parenti più antichi di tutti gli animali sono le spugne o gli ctenofori? I neuroni o le cellule dei muscoli si sono originate un’unica volta o due volte indipendentemente? Due articoli propongono due diverse strategie (e due diverse conclusioni) per risolvere questi enigmi

Nonostante l’impiego di genomi provenienti da decine e decine di specie e l’utilizzo di grandi banche dati geniche, le analisi filogenetiche hanno faticato a fornire una versione largamente condivisa dei primi passi dell’evoluzione animale. Diversi studi sembrano supportare lo scenario classico, in cui le spugne (Poriferi) sarebbero il sister group di tutti gli altri animali (“Porifera-sister” hypothesis). Al contrario, altri studi suggeriscono un’ipotesi alternativa, in cui il sister group di tutti gli altri animali sarebbe rappresentato dagli ctenofori (o meduse pettine, per via delle serie di ciglia presenti sulla superficie della maggior parte delle specie), un phylum ancora poco conosciuto.

La prima ipotesi è coerente con un’unica origine di alcuni tratti complessi tipici della maggior parte degli animali, come il tratto digerente, i neuroni e i muscoli. Queste innovazioni, quindi, sarebbero comparse nell’antenato comune di tutti gli eumetazoi (bilateri+cnidari+ctenofori), cioè solo in seguito alla comparsa delle spugne, che infatti ne sono sprovviste.

L’ipotesi “Ctenophora-sister”, invece, suggerisce come queste caratteristiche possano essersi evolute almeno due volte, negli Ctenofori e nell’antenato comune di bilateri (anellidi, insetti e vertebrati) e cnidari (meduse e anemoni). Oppure una volta sola, ed essere andati perduti successivamente in alcuni gruppi (spugne e placozoi), che quindi, a dispetto della loro semplicità anatomica, sarebbero insospettabilmente più imparentati con noi degli ctenofori.

In un primo studio pubblicato sulla rivista Current Biology qualche mese fa, Simion e colleghi hanno ricostruito la filogenesi animale utilizzando una banca dati genica di dimensioni mai viste, comprendente 1719 geni, e che includeva molti genomi provenienti da animali non bilateri. Gli autori hanno inoltre utilizzato una serie di specifici accorgimenti tecnici che tenevano in considerazione l’esperienza accumulata negli anni riguardo le potenziali cause di errori o artefatti nelle ricostruzioni filogenetiche. Il risultato della loro analisi supportava l’ipotesi che vede le spugne come sister group di tutti gli altri metazoi, mentre gli ctenofori erano solo il secondo più antico gruppo.

Gli ctenofori risultavano il sister group di tutti i metazoi solo nelle analisi che utilizzavano informazioni genetiche provenienti da poche classi di spugne (senza quindi considerarne adeguatamente la diversità), o quando venivano utilizzati metodi filogenetici non ottimali. La causa di questo tipo di artefatti è chiamata long branch attraction, un errore di interpretazione degli algoritmi utilizzati per queste analisi. Linee evolutive molto antiche hanno avuto più tempo per accumulare cambiamenti (molecolari o morfologici). Gli ctenofori, che hanno tassi di evoluzione elevati, risulterebbero quindi “attratti” verso la base dell’albero filogenetico, solo per il fatto di avere un numero di cambiamenti simile a quello di linee più antiche… pur non essendo altrettanto antichi.

Un altro articolo, pubblicato recentemente su Nature Ecology and Evolution, ha cercato di fare luce sugli stessi aspetti ma adottando una strategia diversa. Whelan e colleghi hanno riconosciuto innanzitutto la necessità di migliorare le conoscenze in nostro possesso sul phylum Ctenophora prima di fare qualunque congettura sulle prime ramificazioni dell’evoluzione animale. Per questo, hanno sequenziato il trascrittoma di 27 specie di meduse pettine. Questi dati sono poi stati combinati con trascrittomi già pubblicati appartenenti ad altre 10 specie di ctenofori e 50 provenienti dagli altri gruppi animali.

Nelle loro ricostruzioni filogenetiche, gli ctenofori risultavano il più antico ramo ad essersi separato nell’evoluzione animale, e questo non sembrava affatto dovuto alla long branch attraction. Ciò dimostrava che il posizionamento degli ctenofori in queste ricostruzioni non era il risultato di un artefatto.

I loro risultati contribuivano inoltre a definire con più precisione anche la storia evolutiva del gruppo stesso. Nelle sequenze di RNA analizzate, vi erano tracce di una drammatica riduzione della diversità datata circa 350 milioni di anni fa, un collo di bottiglia più antico di quanto ipotizzato in precedenza (65 milioni di anni fa).

L’articolo di Whelan, inoltre, critica quello di Simion sia dal punto di vista del modello filogenetico che da quello statistico. Infatti, le impostazioni scelte da questi ultimi per ricostruire la storia evolutiva animale non sarebbero ottimali in questo caso, ed i loro risultati non affidabili, in quanto ottenibili solamente utilizzando questo specifico metodo.

In definitiva, dato che tutti gli ctenofori esistenti sono dotati di muscolatura liscia, l’idea di Whelan e colleghi è che anche l’antenato comune di tutti i metazoi viventi ne fosse provvisto. Ciò significa che questa caratteristica sarebbe poi andata persa nelle spugne e nei placozoi, oppure, forse più probabilmente, sarebbe comparsa almeno due volte, negli ctenofori e nella linea evolutiva che diede origine a cnidari e bilateri.

Nonostante le difficoltà nel ricostruire i primi e più antichi passi della storia animale, l’ampliamento delle nostre conoscenze sia biologiche che metodologiche non potrà fare altro che avvicinarci sempre più alla verità.


Riferimenti:
Simion P, Philippe H, Baurain D, Jager M, Richter DJ, Di Franco A, Roure B, Satoh N, Quéinnec É, Ereskovsky A, Lapébie P, Corre E, Delsuc F, King N, Wörheide G, Manuel M. A Large and Consistent Phylogenomic Dataset Supports Sponges as the Sister Group to All Other Animals. Curr Biol. 2017 Apr 3;27(7):958-967. doi: 10.1016/j.cub.2017.02.031

Whelan NV, Kocot KM, Moroz TP, Mukherjee K, Williams P, Paulay G, Moroz LL, Halanych KM. Ctenophore relationships and their placement as the sister group to all other animals.  Nat Ecol Evol. 2017 Nov;1(11):1737-1746. doi: 10.1038/s41559-017-0331-3

Immagine: Sinistra: Nick Hobgood, Wikimedia Commons. Destra: © Stefan Siebert (from Current Biology)