Veel schaaldieren, waaronder kreeften, krabben en zeepokken, hebben een cape-achtige schaal die uit de kop steekt en die verschillende functies kan vervullen, zoals een kleine grot voor het bewaren van eieren, of een beschermend schild om de kieuwen vochtig te houden.

Deze schaal (schild), zo is voorgesteld, evolueerde niet van een vergelijkbare structuur in de voorouder van de schaaldieren, maar verscheen de novo (of uit het niets) door een enigszins willekeurige coöptatie van de genen die ook insectenvleugels specificeren. /P>

In een nieuwe studie van het Marine Biological Laboratory (MBL) leveren onderzoeksmedewerker Heather Bruce en directeur Nipam Patel echter bewijs voor een alternatieve kijk:het schild, samen met andere plaatachtige structuren in geleedpotigen (schaaldieren, insecten, spinachtigen en myriapoden) zijn allemaal geëvolueerd uit een laterale beenlob in een gemeenschappelijke voorouder.

Dit bewijs ondersteunt hun voorstel voor een nieuw concept van hoe nieuwe structuren evolueren - een die suggereert dat ze toch niet zo nieuw zijn. De studie, op het schild van de schaaldier Daphnia, verschijnt online in Current Biology .

"Hoe nieuwe structuren ontstaan, is een centrale vraag in de evolutie", zegt Bruce. "Het heersende idee, gencoöptatie genaamd, is dat genen die in één context functioneren, bijvoorbeeld om insectenvleugels te maken, in een niet-gerelateerde context terechtkomen, waar ze bijvoorbeeld een schild maken", zegt Bruce. "Maar hier laten we zien dat het Daphnia-schild niet zomaar uit het niets is ontstaan."

In plaats daarvan stellen ze voor dat de voorouderlijke, plaatachtige beenlob die evolueerde in zowel de vleugel als het schild waarschijnlijk aanwezig was in de voorouder van alle levende geleedpotigen. Maar omdat de vleugel en het schild er zo anders uitzien dan deze voorouderlijke plaat en van andere platen in naburige geleedpotige geslachten, realiseerde niemand zich dat ze allemaal hetzelfde waren.

"We beginnen ons te realiseren dat structuren die niet op elkaar lijken - vleugels, schilden, tergal-platen - eigenlijk homoloog zijn", zegt Bruce. "Dat suggereert dat ze een enkele oorsprong hebben die veel ouder is dan iemand zou hebben gedacht, lang geleden in de Cambrische periode, [500 miljoen] jaar geleden."

Het was er altijd al (cryptische volharding)

Bruce noemt haar model voor het ontstaan ​​van nieuwe structuren 'cryptische persistentie van seriële homologen'.

"Seriële homologen zijn dingen als handen en voeten, of de wervels van onze ruggengraat, of de vele benen die zich herhalen in het lichaam van een duizendpoot", zegt ze. "De [herhalingen] kunnen er heel anders uitzien, maar je kunt overeenkomsten zien, en ze zijn allemaal gebouwd met behulp van dezelfde initiële genetische paden. In sommige gevallen groeit de volledige structuur niet uit - je kunt een afgeknot duizendpootbeen krijgen, of het is echt subtiel en klein. Hoewel de cellen zijn geprogrammeerd om het been te vormen, groeien ze niet echt uit het been."

Volgens Bruce kunnen deze slapende beginselen - poten, platen, enz. - miljoenen jaren aanhouden, zolang een andere herhaling van de structuur nog ergens anders in het dier aanwezig is. En als de tijd rijp is, kan de structuur weer uitgroeien en verschillende vormen aannemen bij verschillende soorten - bijvoorbeeld een vleugel in een insect of een schild in een schaaldier.

"Als een voorouderlijke structuur niet langer nodig is, kapt of verkleint de natuur dat weefsel waarschijnlijk gewoon in plaats van het volledig te verwijderen. Maar het weefsel is er nog steeds en kan in latere geslachten opnieuw worden uitgewerkt, en het lijkt ons nieuw", zegt Bruce. .

"Dit soort inkorting komt waarschijnlijk veel voor in de evolutie omdat genetische netwerken zo onderling afhankelijk zijn", legt Bruce uit. "Als een genetisch pad of weefsel zou worden verwijderd, zou een ander pad of weefsel worden aangetast."

"Ik denk dat cryptische volharding een verklaring kan zijn voor veel 'nieuwe' structuren," zegt Bruce.

De auteurs trokken hun conclusies door genexpressiepatronen in verschillende geleedpotige soorten te analyseren en door andere hypothesen over hoe het schild mogelijk is geëvolueerd te elimineren.

"De oude, gemeenschappelijke oorsprong van al deze plaatachtige structuren [bij geleedpotigen] suggereert dat de gennetwerken die deze structuren vormen, zeer evolueerbaar en plastisch zijn. Ze zijn in staat om een ​​geweldige hoeveelheid diversiteit te genereren", zegt Bruce.