威斯康辛大学麦迪逊分校的博士后研究员Jesus Ballesteros抱着一只小马蹄蟹。他与综合生物学教授普拉桑特•夏尔马(Prashant Sharma)共同领导的一项研究，利用稳健的基因分析，证明马蹄蟹是蜘蛛、蝎子和扁虱等蛛形纲动物。
资料来源:Jesus Ballesteros提供
马蹄蟹是纯种动物，身披铠甲，有10条细长的腿。
1881年，进化生物学家E. Ray Lankester首次认为它们与螃蟹、龙虾和其他甲壳类动物关系密切，并将它们坚定地归为更类似蜘蛛和蝎子的一类。马蹄蟹后来被认为是蛛形纲动物的祖先，但分子序列数据一直很稀少，令人怀疑。
威斯康辛大学麦迪逊分校的进化生物学家Jesus Ballesteros和Prashant Sharma希望他们最近发表在《系统生物学》杂志上的研究能够帮助将古代马蹄蟹牢牢地植入蛛形纲动物的族谱中。
通过分析大量的遗传数据，并考虑大量可能的方法来检验它，科学家现在有很高的信心马蹄蟹确实属于蛛形纲动物。
Sharma实验室的博士后研究员Ballesteros说:“通过证明马蹄蟹是蛛形纲动物辐射的一部分，而不是一个与蛛形纲动物密切相关但独立的谱系，所有关于蛛形纲动物进化的先前假说都需要修正。”“这是我们对节肢动物进化理解的一个重大转变。”
节肢动物通常被认为是地球上最成功的动物，因为它们占据着土地、水和天空，包括100多万种物种。这一类群包括昆虫、甲壳类动物和蛛形纲动物。
马蹄蟹在节肢动物中分类一直很有挑战性，因为对这种动物基因组的分析一再表明，它们与蜘蛛、蝎子、螨虫、蜱以及醋蟹等不太为人所知的动物有关。然而，“科学家认为这是一个错误，数据有问题，”Ballesteros说。
此外，马蹄蟹具有多种节肢动物的身体特征。它们和螃蟹一样是硬壳动物，但它们是已知的唯一用书鳃呼吸的海洋动物，书鳃类似于蜘蛛和蝎子在陆地上生存时使用的书鳃。
今天只有四种马蹄蟹还活着，但这个群体最早出现在化石记录中是在大约4.5亿年前，与之一起出现的还有一些神秘的、已经灭绝的谱系，比如海蝎子。这些活化石在大灭绝事件中幸存了下来，今天它们的血液被生物医学行业用来检测细菌污染。
Ballesteros和Sharma说，年龄只是追溯他们进化过程中固有的问题之一，因为追溯过去寻找共同的祖先并不容易。来自化石记录和遗传学的证据表明，这些动物群体之间的进化发生得很快，相互之间的关系错综复杂。
“构建生命之树最具挑战性的一个方面是区分古老的辐射，这些古老的物种爆发，”整合生物学教授夏尔马说。“没有大量的基因数据，很难解决这个问题。”
即便如此，在研究既能统一又能分离物种的基因历史时，基因比较也变得棘手起来。有些基因变化可能会误导人，暗示着根本不存在的关系，或者无视存在的联系。这是由于不完全谱系分类或基因横向转移等现象造成的，在物种的进化过程中，基因的分类并不完全。
Ballesteros通过比较四种活马蹄蟹中三种的完整基因组与其他50种节肢动物(包括水蚤、蜈蚣和采集者)的基因组序列，测试了最棘手基因之间的复杂关系。
他使用一组复杂的矩阵，小心翼翼地避免在分析中引入偏差，煞费苦心地把数据分开。尽管如此，无论Ballesteros以何种方式进行分析，他都发现马蹄蟹嵌套在蛛形纲的族谱中。
他说，他的方法对其他进化生物学家起到了警示作用，这些生物学家可能倾向于挑选看起来最可靠的数据，或者扔掉看起来不合适的数据。例如，研究人员可以“强迫”他们的数据把马蹄蟹放在甲壳类动物中，Sharma说，但这并不准确。研究小组尝试了这种方法，发现了数百个支持错误树木的基因。
Ballesteros鼓励其他人将他们的进化数据置于这种严格的方法论之下，因为“进化是复杂的”。
为什么马蹄蟹是水栖动物，而其他蛛形纲动物在陆地上定居，仍然是一个悬而未决的问题。这些动物属于螯形纲，其中也包括海蜘蛛。海蜘蛛和马蹄蟹一样是海洋节肢动物，但它们不是蛛形纲动物。
Ballesteros说:“研究得出的结论是，蛛形纲动物对土地的征服比单一的传统事件要复杂得多。”
蛛形纲动物的共同祖先可能是在水中进化而来的，只有蜘蛛和蝎子这样的群体才能登陆。或者，一个共同的祖先可能在陆地上进化，然后马蹄蟹在海洋中重新定居。
夏尔马说:“我们追求的最大问题是地球化的历史。
巴莱斯特罗斯目前正在研究生活在以色列洞穴深处的蜘蛛失明的进化过程，他的动机触及了人性本身的核心。
“我开始带着孩子气的好奇心去看问题:‘所有这些多样性是如何形成的?’”他说。“这是不可思议的存在，我从来没有想过我会有这样的特权能够做到这一点。”
——文章发布于2019年3月8日
