Filogeneza osłonic (Tunicata)

Transkrypt

1 Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Ludwik Gąsiorowski Nr albumu: Filogeneza osłonic (Tunicata) Praca licencjacka na kierunku Biologia Praca wykonana pod kierunkiem dr Piotra Bernatowicza Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego Warszawa, czerwiec

2 Oświadczenie kierującego pracą Oświadczam, że niniejsza praca została przygotowana pod moim kierunkiem i stwierdzam, że spełnia ona warunki do przedstawienia jej w postępowaniu o nadanie tytułu zawodowego. Data Podpis kierującego pracą Oświadczenie autora pracy Świadom odpowiedzialności prawnej oświadczam, że niniejsza praca dyplomowa została napisana przeze mnie samodzielnie i nie zawiera treści uzyskanych w sposób niezgodny z obowiązującymi przepisami. Oświadczam również, że przedstawiona praca nie była wcześniej przedmiotem procedur związanych z uzyskaniem tytułu zawodowego w wyższej uczelni. Oświadczam ponadto, że niniejsza wersja pracy jest identyczna z załączoną wersją elektroniczną. Data Podpis autora pracy 2

3 Streszczenie Osłonice (Tunicata) to stosunkowo liczny podtyp strunowców, którego przedstawiciele występują we wszystkich morzach i oceanach świata zajmując różnorodne nisze ekologiczne. W ostatnich latach rośnie znaczenie tych zwierząt jako organizmów modelowych w badaniach o charakterze aplikacyjnym, z powodu łatwości ich hodowli oraz stosunkowo bliskiego pokrewieostwa z kręgowcami. Wykazano również ich istotną rolę w ekosystemach morskich. Mimo to filogeneza osłonic pozostaje wciąż słabo poznana, a to z niej właśnie wynika dzisiejsza różnorodnośd biologiczna tej grupy, która umożliwiła im ekspansję ekologiczną na bardzo odmienne środowiska morskie. Głównym celem pracy jest rozwiązanie wciąż enigmatycznych relacje wewnątrz grupy. Na podstawie literatury dotyczącej anatomii porównawczej, filogenetyki molekularnej, embriologii i paleontologii spróbuję wskazad podstawowe trendy ewolucyjne, które można zaobserwowad w wyróżnianych w obrębie osłonic gromadach, rzędach i rodzinach, a także dokonam nowoczesnej rewizji systematyki osłonic. Rekonstruując filogenezę na podstawie dostępnych danych literaturowych wskażę podstawowe apomorfie poszczególnych kladów osłonic. Spróbuje również odpowiedzied na pytanie, jak wyglądał wspólny przodek wszystkich osłonic, wspólny przodek wszystkich strunowców oraz jakie są relacje między trzema dzisiejszymi podtypami strunowców, do których należy również nasz gatunek. Praca jest zbiorem i rewizją dostępnej obecnie nauce wiedzy o anatomii, ekologii i biologii rozwoju osłonic. Porównując te dane staram się uzyskad interdyscyplinarny obraz filogenezy podtypu Tunicata, wykorzystujący wyniki badao prowadzone na tej grupie od kooca XIX wieku do dziś. Słowa kluczowe Tunicata, filogeneza, systematyka, biologia porównawcza bezkręgowców, ewolucja, Chordata Dziedzina pracy (kody wg programu Socrates-Erasmus) 13.1 Biologia 3

4 Spis treści: 1. Wstęp Cechy typowe dla podtypu Tunicata Przegląd systematyczny dzisiejszych osłonic Ascidiacea (żachwy) Anatomia i morfologia Systematyka Thaliacea (sprzągle) Systematyka Appendicularia (=Larvacea, ogonice) Sorberacea (łapce) Przegląd kopalnych osłonic Prekambr Kambr Appendicularia Ascidiacea Vetulicolia Skleryty żachw Filogeneza Tunicata Pochodzenie osłonic Pozycja filogenetyczna względem pozostałych Chordata Apomorfie Olfactores Tryb życia wspólnego przodka osłonic i kręgowców Filogeneza Ascidiacea Parafiletyzm żachw Główne linie ewolucyjne żachw Pozycja filogenetyczna Sorberacea Filogeneza Appendicularia Filogeneza Thaliacea Bibliografia

5 1. Wstęp Osłonice (Tunicata) to podtyp wyłącznie morskich strunowców. Różnorodnośd ich morfologii, ekologii, cyklów życiowych i biologii rozwoju w połączeniu z szerokim i częstym występowaniem, czynią z nich interesujący materiał badawczy dla embriologów, biologów porównawczych i ekologów morza (np. Sommer i Stibor 2002, Cleto et al. 2003, Stach 2005, Lamaire 2011, Lebrato i Jones 2011, Skold et al. 2011, Abitua et al. 2012). Osłonice są również obiektem badao dla filogenetyków i biologów ewolucyjnych, a dokładne poznanie i zrozumienie ich filogenezy często uważane jest za kluczowe dla zrozumienia ewolucji strunowców (np. Gartsang 1928, Wada 1998, Lacalli 1999). Niestety ze względu na skąpy i niepewny materiał kopalny (Lohmann 1956, Zhang 1987, Shu et al. 2001a, Chen et al. 2003, Fedonkin et al. 2012, Łukowiak 2012) rekonstrukcja ewolucji Tunicata jest trudna i często oparta na przesłankach i domysłach, a nie twardych dowodach. By w pełni zrozumied filogenezę osłonic należy skonfrontowad ze sobą klasyczne dane anatomiczne i systematyczne z danymi molekularnymi i embriologicznymi, których w ostatnim czasie znanych jest coraz więcej. Celem niniejszej pracy jest zebranie i usystematyzowanie dostępnej dziś wiedzy na temat pokrewieostw w obrębie osłonic, ich ewolucji i pozycji na drzewie filogenetycznym. Główne problemy, które zamierzam szerzej omówid, to pozycja osłonic względem bezczaszkowców (Cephalochordata) i kręgowców (Vertebrata) dwóch pozostałych podtypów w obrębie strunowców, kwestia wolnego lub osiadłego trybu życia ostatniego przodka dzisiejszych osłonic oraz monofiletyzm, wzajemne relacje i ewolucja taksonów klasycznie wyróżnianych w obrębie Tunicata. 5

6 2. Cechy typowe dla podtypu Tunicata Budd i Jensen (2000) zdefiniowali plan budowy ciała (ang. body plan) jako zestaw plezjomorficznych cech morfologicznych występujących u dzisiejszych przedstawicieli danego typu. Osłonice, chod należą do typu strunowców (Chordata), wykazują wiele cech zaawansowanych w stosunku do pierwotnego planu budowy charakterystycznego dla tego typu. Szczególnie u form dorosłych, wiele elementów strunowcowego planu budowy ulega zatarciu np. w czasie metamorfozy u żachw dochodzi do resorpcji larwalnej struny grzbietowej i dorsalnie położonego układu nerwowego, złożonego z cewki nerwowej i mózgu (Fig. 1), zamiast niego u żachw rozwija się de novo zwój mózgowy i odchodzące od niego nerwy prowadzące do poszczególnych narządów (Garstang 1928, Meglitsch 1972). U niektórych przedstawicieli osłonic (np. u pyrosomidów, gdzie stadium larwalne nie występuje) struna grzbietowa i cewka nerwowa nie pojawiają się w ogóle w ontogenezie (Stach i Turbeville 2002). Figura 1. Metamorfoza żachw na przykładzie Ciona intestinalis: A. Kijankowata larwa. B. Larwa w trakcie metamorfozy. C. Dojrzała osłonica (schemat na podstawie Millar 1970, zmieniony). 6

7 Prócz cech typowych dla strunowców, które u osłonic zanikają w czasie rozwoju lub wręcz są nieobecne, można wyróżnid pewne autapomorfie, charakterystyczne dla tego podtypu. Najwyraźniejszą z nich jest obecnośd tuniki, której osłonice zawdzięczają swoją naukową nazwę. Tunika jest zewnątrzkomórkową strukturą pokrywającą ciało osłonic. Zbudowana jest głównie z celulozy, w której znajdują się pełniące różnorodne funkcje komórki, a niekiedy również, naczynia krwionośne lub spikule (Meglitsch 1972, Hirose et al. 1999). W różnych gromadach osłonic funkcje tuniki są odmienne, ale przypuszcza się, że pierwotnie służyła ona przytwierdzaniu się do dna oraz obronie, szczególnie przed infekcjami bakteryjnymi (Hirose et al. 1999). Kolejną cechą wyłączną dla osłonic jest obecnośd struny grzbietowej jedynie w ogonie (skąd alternatywna naukowa nazwa osłonic Urochordata, od gr. οὐρά (oura) ogon), podczas, gdy u kręgowców struna zaczyna się za czaszką, a u lancetników biegnie przez całą głowę i tułów (Stach 2008). Sama struna grzbietowa osłonic jest również zbudowana w charakterystyczny sposób jej komórki formują cewkę, wypełnioną płynem zewnątrzkomórkowym (Berrill 1931, Lacalli 1999, Stach 2008), aczkolwiek u przedstawicieli rzędu Doliolida struna jest strukturą litą, podobnie jak u pozostałych strunowców (Lacalli 1999). Bardzo wyraźną autapomorfię stanowi serce osłonic, które jest trójdzielne i pompuje krew naprzemiennie w dwóch przeciwnych kierunkach (Meglitsch 1972, Schmidt-Nielsen 1997). Taka fizjologia serca jest unikatowa w świecie zwierząt. Osłonice cechują się ponadto półotwartym układem krwionośnym, podczas gdy u pozostałych strunowców występuje układ zamknięty. Prawie wszystkie osłonice są hermafrodytyczne, w przeciwieostwie do pozostałych gonochorystycznych strunowców (Stach i Turbeville 2002, Stach 2008). Znanych jest jedynie kilka rozdzielnopłciowych gatunków osłonic, np. należąca do gromady ogonic Oikopleura dioica, albo niektóre gatunki żachw z rzędu Aplousobranchia (Berrill 1975, Stach 2008). U lancetników i kręgowców otwór gębowy położony jest z przodu ciała a otwór odbytowy kaudalnowentralnie, więc przewód pokarmowy ma antero-kaudalny (przodo-tylny) przebieg, równoległy do długiej osi ciała. U osłonic, zarówno u form larwalnych jak i dorosłych, jelito jest U-kształtne a odbyt uchodzi nie bezpośrednio poza ciało, tylko do atrium. Wyjątek stanowią ogonice, u których brak jamy atrialnej, a odbyt uchodzi po stronie brzusznej lub dorso-lateralnie (Burighel et al. 2001, Brena et al. 2003a i b). Gruczoł odźwiernikowy (ang. pyloric gland) to uchodzący do jelita tuż za żołądkiem narząd, zbudowany z rozgałęziających się przewodów zakooczonych ślepo lub rozdętymi ampułkami; tworzące go komórki wyposażone są w skierowane do światła przewodów wici (Colton 1910). 7

8 W takiej formie gruczoł występuje u przedstawicieli wszystkich rzędów żachw oraz u sprzągli, natomiast u ogonic występuje w zredukowanej formie przynajmniej u niektórych przedstawicieli (Chun 1881 w Colton 1910). Jego funkcja nie jest wciąż znana (Karthikeyan et al. 2009), ale przypuszcza się, że może byd narządem wydalniczym (np. Colton 1910) lub związanym z trawieniem (np. Millar 1949). Podczas gdy Stach i Turbeville (2002) uważają gruczoł odźwiernikowy za autapomorfię Tunicata, inni autorzy (Colton 1910, Ermak 1977) postulują jego homologię z wątrobą kręgowców. U wszystkich przedstawicieli strunowców występują tzw. mechanoreceptory drugorzędowe (ang. secondary mechanoreceptors), czyli komórki sensoryczne odbierające drgania przy pomocy rzęski otoczonej microvilli, nieposiadające wypustki aksonalnej i unerwione przez komórki nerwowe, tworzące synapsę u podstawy komórki sensorycznej (Rigon et al. 2013). O ile u kręgowców mechanoreceptory drugorzędowe występują w uchu wewnętrznym i w linii nabocznej, o tyle u osłonic są one związane z otworem gębowym (syfonem oralnym) i pokrywają występujące w jego wnętrzu czułki lub ich homologi, tworząc tak zwany organ koronalny (Burighiel et al. 2003). Pobudzenie tego narządu następuje zazwyczaj w przypadku dostania się do syfonu wlotowego zbyt dużych fragmentów pokarmowych, stymulacja organu koronalnego prowadzi do zaciśnięcia mięśni ściany ciała osłonic, powodując wyrzucenie wody z jamy skrzelowej (tzw. odruch tryskowy, ang. squirting response). Występowanie narządu koronalnego i odruchu tryskowego (lub jego odpowiednika) jest uważana za autapomorfię osłonic (Rigon et al. 2013, Caicci et al. 2013), z drugiej strony podobną reakcję wykazuje larwa lancetnika, u której stymulacja wtórnych mechanoreceptorów otaczających otwór gębowy prowadzi do zamknięcia otworów skrzelowych i wyrzucenia wody przez otwór gębowy (Lacalli 2004). Wartym odnotowania jest fakt, że zarówno u przedstawicieli osłonic, jak i kręgowców mechanoreceptory drugorzędowe rozwijają się z tzw. plakod neurogenicznych wyraźnie zdefiniowanych zgrubieo ektodermy charakteryzujących się ekspresją ortologicznych genów z rodzin Six, Eya i Pax (Mazet et al. 2005). U lancetników plakody nerwowe nie zostały zaobserwowane (Kozmik et al. 2007). Cechą autapomorficzną dla osłonic może byd również otaczająca kosz skrzelowy jama atrialna i otwór atrialny (atriopor). Chod podobny układ występuje również u lancetników, to, przynajmniej u niektórych grup osłonic, atrium powstaje w rozwoju zarodkowym z parzystych struktur, a u bezczaszkowców od początku jama i otwór są pojedyncze (Garstang 1928, Berrill 1929), dlatego homologia między atrium u osłonic i bezczaszkowców bywa negowana (Dohle 2004 w Stach 2008). Z drugiej strony niektórzy paleontolodzy sugerują, że obecnośd atrium i atrioporu jest plezjomorficzna w obrębie strunowców (a nawet zwierząt wtóroustych) i została utracona w linii prowadzącej do kręgowców (Chen 2008). 8

9 3. Przegląd systematyczny dzisiejszych osłonic Klasycznie osłonice dzieli się na trzy osobne gromady, różniące się między sobą w znacznym stopniu morfologią i ekologią (np. Meglitsch 1972). Są to prowadzące osiadły tryb życia żachwy (Ascidiacea) oraz planktonowe sprzągle (Thaliacea) i ogonice (Appendicularia = Larvacea). Ostatnie dwie gromady, chod występują w tym samym środowisku i są planktonowymi filtratorami, różnią się między sobą pod wieloma względami. Sprzągle są znacznie większe, występują u nich formy kolonijne i często stanowią znaczną częśd biomasy zooplanktonu (np. Gonzalez et al. 2000). Ogonice są z kolei niewielkie, wyłącznie osobnicze, a morfologicznie przypominają larwę żachwy, zachowując przez całe życie ogon ze struną grzbietową. W 1975 roku Monniot z zespołem zaproponowali wyróżnienie czwartej gromady osłonic Sorberacea (łapców), do której miałyby należed niektóre głębokomorskie drapieżne gatunki, zaliczane uprzednio do żachw Ascidiacea (żachwy) Anatomia i morfologia Wszystkie żachwy to organizmy osiadłe. Występują w tej gromadzie zarówno formy osobnicze jak i kolonijne (stanowiące ok. 60% opisanych gatunków, Shenkar i Swalla 2011), składające się z pojedynczych, niezróżnicowanych zooidów, przypominających formy osobnicze. Każdy dorosły osobnik żachwy ma dwa otwory ciała zwane syfonami syfon wlotowy (oralny) i wylotowy (atrialny). Syfon wlotowy położony jest na uniesionym do góry przedzie ciała zwierzęcia, natomiast wylotowy wyznacza stronę dorsalną. Syfon wlotowy, otoczony płatami (na zewnątrz) i wyposażony w czułki (wewnątrz), prowadzi do kosza skrzelowego aparatu filtracji i wymiany gazowej, w którym urzęsiona rynienka (endostyl) wytwarza śluzową sied, służącą chwytaniu zawieszonych w wodzie cząstek pokarmowych (np. Bone et al. 2003). Śluz z pokarmem trafia następnie do U-kształtnego jelita, w którym da się wyróżnid rozdęty oddział żołądkowy. Jelito kooczy się odbytem, który uchodzi do jamy atrialnej. U wszystkich zbadanych dotychczas żachw na czułkach w syfonie oralnym znajduje się odpowiedzialny za mechanorecepcję narząd koronalny, którego stymulacja prowadzi do odruchu tryskowego (Caicci et al. 2013). Pomiędzy syfonami znajduje się kompleks nerwowy, w skład którego wchodzą zwój nerwowy i gruczoł neuralny. Mimo, że zwój zdaje się byd narządem centralnym (wychodzące z niego nerwy unerwiają pozostałe narządy) jego usunięcie nie powoduje żadnych poważnych skutów (Meglitsch 1972), a sam zwój może regenerowad z komórek związanych z gruczołem neuralnym (Bollner et al. 1995). Gruczoł neuralny łączy się z gardzielą urzęsionym lejkowatym przewodem. Dokładna funkcja tego gruczołu nie jest znana, niektórzy badacze upatrują w nim narząd wydalniczy (Julin

10 w Colton 1910, Ruppert i Smith 1988 w Deyts et al. 2006), regulujący objętośd krwi (Ruppert 1990), osmoregulacyjny (Deyts et al. 2006) albo narząd o funkcjach endokrynowych (Pestarino 1984). Ze względu na pochodzenie w ontogenezie (przewód powstaje z wgłębienia w przedniej, ektodermalnej części gardzieli, a częśd gruczołowa z komórek układu nerwowego Manni et al. 2005) gruczoł neuralny bywa uważany za narząd homologiczny z przednim płatem przysadki mózgowej kręgowców (Pestarino 1984, Burighel et al. 1998). Figura 2. Budowa kijankowatej larwy na przykładzie Ciona intestinalis. Żachwy zdolne są zarówno do rozmnażania płciowego, jak i bezpłciowego. Rozmnażanie bezpłciowe odbywa się przez pączkowanie, które u różnych gatunków przebiega w różny sposób i prowadzi do powstania klonalnych kolonii (Berrill 1935). Kolonie cechują się różnym stopniem integracji poszczególnych osobników, nazywanych blastozooidami. Podczas rozmnażania płciowego powstaje kijankowata larwa (Fig. 2). Larwa ta ma ogon, przez który biegnie struna grzbietowa, dorsalna cewka nerwowa i pasmo endodermy (Stach 2007). U wielu gatunków z przodu ciała larwy znajdują się trzy brodawki umożliwiające przytwierdzenie do podłoża. Larwa posiada również narządy zmysłów (ocellus i otolit) i jest zdolna do poruszania się przy pomocy bocznych ruchów spłaszczonego ogona. Pokrywająca ogon tunika formuje płaty dorsalny i wentralny, które pełnią funkcję płetwy ogonowej (np. Stach 2007). W stadium larwalnym żachwy nie są zdolne do odżywiania się a całe ich ciało zamknięte jest w tunice, blokującej dopływ wody do gardzieli. Larwa, pełniąca funkcję dyspersyjną, przytwierdza się do podłoża przednią stroną ciała i przechodzi metamorfozę, związaną z torsją, w wyniku której przednia częśd ciała kierowana jest ku górze. W czasie metamorfozy zanikowi ulegają narządy zmysłów a tkanki ogona, w tym cewka nerwowa i struna grzbietowa, są fagocytowane. Na tym etapie pojawiają się również ektodermalne ampulle, których funkcją jest przytwierdzenie do podłoża i zapewnienie wymiany gazowej przeobrażającej się larwie (Berrill 1929). Ampulle pełnią funkcje oddechowe, dopóki nie wykształci się funkcjonalne serce i nie zacznie się formowad kosz skrzelowy oraz jama atrialna. Gdy to nastąpi metamorfoza jest 10

11 zakooczona, a funkcję narządu oddechowego zaczyna pełnid kosz skrzelowy. W międzyczasie formuje się również zwój nerwowy i związany z nim gruczoł neuralny (Manni et al. 2005) Systematyka Istnieje wiele systemów taksonomicznej klasyfikacji żachw (porównaj Stach i Turbeville 2002), z których większośd ma charakter historyczny. Obecnie najczęściej stosuje się systematykę Perriera (1898) opartą na położeniu gonad lub Lahille a (1886, 1890) opartą na budowie kosza skrzelowego. W pierwszej z nich w obrębie gromady Ascidiacea wyróżnia się dwa rzędy: Enterogona i Pleurogona. Przedstawiciele rzędu Enterogona mają zawsze jedno jądro i jeden jajnik, które umiejscowione są w pętli jelita (położenie enterogoniczne), natomiast u przedstawicieli rzędu Pleurogona gonady mogą byd parzyste (Meglitsch 1972) i są umiejscowione w zewnętrznej ścianie ciała wzdłuż gardzieli (położenie pleurogoniczne). W systematyce Lahille a wyróżnia się trzy rzędy: Aplousobranchia o prosto zbudowanym koszu skrzelowym, Phlebobranchia w koszu skrzelowym występują podłużne naczynia krwionośne i wzmacniające je charakterystyczne, dwudzielne papillae, oraz Stolidobranchia (pokrywający się z rzędem Pleurogona w systematyce Perriera) - jego przedstawiciele wyróżniają się obecnością podłużnych fałd kosza skrzelowego (plikacji) zwiększających powierzchnię wymiany gazowej. Badania molekularne (Stach i Turbeville 2002, Turon i Lopez-Legentil 2004, Zeng i Swalla 2005, Tatian et al. 2011) wskazują na monofiletyzm rzędów wyróżnianych w systemie Lahille a, dlatego w dalszych rozważaniach będę stosował tę systematykę. Aplousobranchia Należące do tego rzędu osłonice (1486 gatunków według World Register of Marine Species czerwiec 2014) są wyłącznie kolonijne (Barnes et al. 1988, Shenkar i Swalla 2011). Cechuje je enterogoniczne położenie gonad, prosto zbudowany kosz skrzelowy, gruczoł neuralny położony wentralnie w stosunku do zwoju nerwowego i proste ujście urzęsionego przewodu neuralnego, brak u nich osobnych narządów wydalniczych. Ciało żachw z rzędu Aplousobranchia podzielone jest na częśd zawierającą kosz skrzelowy tułów (ang. thorax) oraz częśd zawierającą pętle jelita, gonady i serce odwłok (ang. abdomen) (Fig. 3); niekiedy występuje również trzecia częśd zaodwłokowa (ang. post-abdomen), do której nie dochodzi pętla jelita. Przedstawiciele rzędów Aplousobranchia i Phlebobranchia cechują się występowaniem we krwi wysokich stężeo wanadu, co po raz pierwszy stwierdził Martin Henze w 1911 roku (Michibata et al. 2002). Fizjologiczna funkcja koncentracji tego pierwiastka wciąż pozostaje niejasna (Michibata i Ueki 11

12 2010), wiadomo jednak, że w krwi żachw występują wyspecjalizowane komórki wanadocyty, których zadaniem jest akumulowanie wanadu (Michibata et al. 2002). U wszystkich przedstawicieli rzędu Aplousobranchia wanad występuje na IV stopniu utlenienia, co Hawkins et al. (1983) uznali za cechę o znaczeniu filogenetycznym. Figura 3. Budowa zooidu kolonijnej żachwy z rzędy Aplousobranchia na przykładzie Archidistoma aggregatum (schemat na podstawie Berrill 1935, zmieniony). Na uwagę zasługuje nietypowa budowa kijankowatej larwy żachw z rzędu Aplousobranchia. Ich ogon na wczesnym etapie ontogenezy ulega skręceniu w stosunku do długiej osi ciała o 90 o w lewo, jest zatem spłaszczony grzbietowo-brzusznie (Stach 2007). Trzy odpowiedzialne za przytwierdzenie do podłoża brodawki są ułożone w wertykalnej linii i są wynicowywane (Stach i Turbeville 2002). Rudymentarne otwory atrialne u przedstawicieli rzędu Aplousobranchia są parzyste (Berrill 1929). Phlebobranchia Do rzędu Phlebobranchia (370 gatunków według World Register of Marine Species czerwiec 2014) należą organizmy zarówno osobnicze, jak i kolonijne (Fig. 4; Shenkar i Swalla 2011). Dorosłe osobniki żachw z rzędu Phlebobranchia cechują się enterogonicznym położeniem gonad, koszem skrzelowym 12

13 z podłużnymi naczyniami krwionośnymi i dwudzielnymi papillae, oraz gruczołem neuralnym położonym wentralnie w stosunku do zwoju nerwowego. Ujście przewodu neuralnego do gardzieli jest proste lub U-kształtne; narządów wydalniczych brak, lub występują pojedyncze nefrocyty. Jelito i towarzyszące mu gonady są położone za koszem skrzelowym lub bocznie w stosunku do niego (Fig. 5). Wanad, obecny we krwi żachw z rzędu Phlabobranchia, jest zazwyczaj na III stopniu utlenienia i jedynie u przedstawicieli rodziny Cionidae występuje na IV stopniu utlenienia, przez co Hawkins et al. (1983) proponowali przeniesienie rodziny Cionidae do rzędu Aplousobranchia. Koncepcja ta była zarówno negowana (Stach i Turbeville 2002), jak i potwierdzana (Turon i Lopez- Legentil 2004) w świetle danych molekularnych. Figura 4. Przedstawiciele żachw z rzędu Phlebobranchia: A. Kolonia Perophora namei. B. Agregacja Ciona intestinalis. C. Osobnicza Ascidia incrassata. (A., B. i C. z na licencji Creative Commons.) Do rzędu Phlebobranchia należy rodzina głębokomorskich żachw Octacnemidae, której przedstawiciele są zdolni do odfiltrowywania dużych cząstek pokarmowych, niedostępnych dla innych żachw, a nawet do drapieżnictwa i aktywnego chwytania pokarmu (Okuyama et al. 2002, Ogawa et al. 2005). U niektórych osłonic należących do tej rodziny (rodzaje Dicopia, Megalodicopia, Situla, Octacnemus, Polyoctacnemus i Hypobythius) syfon oralny tworzy fałdy (dwie lub więcej) 13

14 nazywane wargami, które umożliwiają chwytanie wolnożyjących ofiar (Monniot i Monniot 1975, Havenhand et al. 2006). W związku ze zmniejszeniem roli filtracji w pozyskiwaniu pokarmu kosz skrzelowy u żachw z rodziny Octacnemidae ulega w mniejszym lub większym stopniu redukcji (Monniot i Monniot 1975). Stadium larwalne przedstawicieli rzędu Phlebobranchia zawsze jest kijankowate, z bocznie spłaszczonym ogonem, brodawki ułatwiające przytwierdzenie do podłoża są rozłożone triradialnie i ich wynicowanie nie jest możliwe (Stach i Turbeville 2002). Larwalne otwory atrialne są parzyste (Berrill 1929). Figura 5. Budowa żachwy z rzędu Phlebobranchia na przykładzie Ciona intestinalis (schemat na podstawie Millar 1970, zmieniony). Stolidobranchia Do rzędu Stolidobranchia należy 1025 opisanych gatunków (według World Register of Marine Species czerwiec 2014), z czego ok. 20% to organizmy kolonijne (Fig. 6; Shenkar i Swalla 2011). Cechą charakterystyczną dla wszystkich przedstawicieli tego rzędu jest występowanie w koszu skrzelowym plikacji podłużnych fałd zwiększających powierzchnię kosza. Czułki występujące w syfonie wlotowym są zazwyczaj rozgałęzione. Gonady położone są pleurogonicznie (związane ze ścianą ciała). 14

15 Gruczoł neuralny położony jest dorsalnie w stosunku do zwoju nerwowego, a jego ujście jest zawsze U-kształtne. U przedstawicieli rzędu Stolidobranchia nie zaobserwowano występowania dużych stężeo wanadu we krwi. W rozwoju larwalnym ogon spłaszczony jest bocznie (o ile występuje), obecny jest pojedynczy otwór atrialny, przy czym jama atrialna jest rozdwojona i otacza cewkę nerwową, a brodawki ułatwiające przytwierdzenie do podłoża są niewynicowywane i ułożone triradialnie. Figura 6. Przedstawiciele żachw z rzędu Stolidobranchia: A. Osobnicza Molgula manhattensis, przedstawiciel rodziny Molgulidae (zdjęcie z na licencji Creative Commons). B. Kolonia Botryllus schlosseri, przedstawiciela rodziny Styelidae (zdjęcie z na licencji Creative Commons). Stolidobranchia dzielą się na dwie wyraźnie odrębne linie ewolucyjne, które różnią się cechami morfologicznymi i których odrębnośd jest poparta licznymi danymi molekularnymi (Stach i Turbeville 2002, Zeng i Swalla 2005, Tatian et al. 2011). Pierwsza z tych linii grupuje rodziny Pyuridae i Styelidae (przy czym Pyuridae w niektórych analizach jest parafiletyczna względem Styelidae), u których brak osobnych narządów wydalniczych funkcję wydalniczą pełnią nefrocyty. W obrębie Pyuridae występują jedynie organizmy osobnicze, podczas gdy wśród Styelidae 37% gatunków to organizmy kolonijne (należą do tej rodziny wszystkie gatunki kolonijne z rzędu Stolidobranchia; Shenkar i Swalla 2011). Druga linia ewolucyjna to przedstawiciele rodziny Molgulidae, do której zalicza się obecnie również drapieżne żachwy z dawnej rodziny Hexacrobyllidae (Tatian et al. 2011). Wszyscy przedstawiciele rodziny Molgulidae to organizmy osobnicze (Fig. 7). W obrębie tej grupy da się zaobserwowad 15

16 specyficzne serie morfologiczne prawdopodobnie odzwierciedlające trendy ewolucyjne oraz wyraziste autapomorfie. Najważniejszą z nich jest obecnośd woreczka nerkowego, dużego, pojedynczego narządu o prawdopodobnej funkcji wydalniczej. Woreczek nerkowy jest zamkniętą strukturą, występującą po prawej stronie ciała; nie ma żadnego ujścia, jest więc to nerka akumulacyjna. Jego ściana zbudowana jest z pojedynczej warstwy komórek, wytwarzających w wakuolach granule magazynowane we wnętrzu woreczka (Das, 1948). Wnętrze woreczka wypełnione jest płynem, w którym odkładane są granule i który zamieszkiwany jest przez symbiotyczne pierwotniaki z rodzaju Nephromycetes (Saffo 1982) należące do grupy Apicomplexa (Saffo et al. 2010). Dokładne działanie woreczka, jak również funkcja, jaką w fizjologii Molgulidae pełni Nephromycetes, wciąż pozostaje niejasna. U przedstawicieli rodziny Molgulidae otaczające syfon wlotowy płaty oralne są dobrze rozwinięte i u gatunków drapieżnych (dawne Hexacrobyllidae) prawdopodobnie służą chwytaniu ofiary (Kott 1989). Tak zbudowane struktury występują jeszcze jedynie u niektórych przedstawicieli rodziny Pyuridae (Stach i Turbeville 2002). Figura 7. Budowa żachwy z rzędu Stolidobranchia na przykładzie Molgula sp. (Schemat z zmieniony. Na licencji Creative Commons.) 16

17 W obrębie rodziny Molgulidae da się również zaobserwowad tendencję do redukcji ogona larw (Berrill 1931). Chod takie larwy występują u różnych przedstawicieli Molgulidae mozaikowo i musiały pojawid się w ewolucji wielokrotnie (Jefferey et al. 1998, Huber et al. 2000), to zdecydowanie rodzina ta cechuje się potencjałem ewolucyjnym do wytwarzania bezogonowych larw, ponieważ podobne larwy pojawiły się tylko dwa razy w innych liniach ewolucyjnych (w rodzinie Styelidae; Huber et al. 2000) Thaliacea (sprzągle) Gromada sprzągli (Thaliacea) obejmuje około 70 opisanych gatunków planktonowych osłonic (Govindarajan et al. 2011). Sprzągle występują we wszystkich oceanach świata stanowiąc nieraz znaczną częśd zooplanktonu a ich sezonowe zakwity mają duże znaczenie w krążeniu pierwiastków biogennych w ekosystemach morskich (np. Lebrato et al. 2012). Ponieważ poszczególne rzędy znacznie się od siebie różnią budową, anatomia i morfologia zostanie opisana dla każdego rzędu osobno. U wszystkich przedstawicieli sprzągli występuje na szeroką skalę rozmnażanie bezpłciowe, które pozwala na tworzenie dużych kolonii o różnym stopniu zróżnicowania osobników Systematyka Klasycznie wyróżnia się trzy rzędy sprzągli (Meglitsch et al. 1972). Są to Pyrosomida (iskrzyłudy), Doliolida (beczułkowce) i Salpida (salpy). Badania molekularne potwierdzają monofiletyzm każdego z tych rzędów (Tsagkogeorga et al. 2009, Govindaraja et al. 2011). Pyrosomida (iskrzyłudy) Rząd ten jest stosunkowo ubogi w gatunki (8 gatunków według World Register of Marine Species czerwiec 2014). Wszystkie należące do niego osłonice to formy kolonijne tworzące duże (sięgające kilku metrów) podłużne kolonie dryfujące w morskim planktonie. W obrębie kolonii wszystkie osobniki mają uwspólnioną tunikę i układ krwionośny. Kolonia jest cylindryczna i z jednej strony ślepo zamknięta (Fig. 8A, 9E). Składa się z tysięcy mikroskopijnych osobników, z których każdy ma syfon wlotowy położony po zewnętrznej stronie kolonii i wylotowy uchodzący do wspólnej jamy kolonii. Woda przepływa przez kosz skrzelowy każdego z zooidów dzięki urzęsionym otworom skrzelowym. Wpędzana do wnętrza kolonii woda uchodzi wspólnym otworem wylotowym (Fig. 9B) poruszając kolonię niezbyt efektywnym ruchem odrzutowym. 17

18 Figura 8. Morfologia osłonic z rzędu Pyrosomida: A. Schemat ogólnej budowy kolonii. Przekrój podłużny. B. Rozmieszczenie zooidów w kolonii i szczegółowa budowa zooida. Pojedyncze zooidy przypominają swoją budową żachwy (Fig. 8B; 9A, C, D). Mają dobrze rozwinięty kosz skrzelowy, serce i gonady. Wokół otworu oralnego znajduje się narząd koronalny z drugorzędowymi mechanoreceptorami. Większośd czułków przekształcona jest w spłaszczone klapy, a jeden położony wentralnie przypomina czułki obecne u większości żachw (Caicci et al. 2013). U Pyrosomida występuje odruch tryskowy. U przedstawicieli pyrosomidów występuje rozwój prosty. Z zapłodnionego jaja rozwija się pierwszy zooid (tzw. cyathozooid), który przez pączkowanie tworzy całą kolonię. W obrębie monotypowego rzędu Pyrosomida wydziela się dwie podrodziny, które różnią się głównie przebiegiem rozwoju i wzrostu kolonii (Govindarajan et al. 2011). U przedstawicieli podrodziny Pyrosomatinae (rodzaje Pyrosoma i Pyrosomella) cyathozooid jest znacząco zredukowany i produkuje tylko cztery potomne zooidy, zwany tetrazooidami (Van Soest 1981 w Govindarajan et al. 2011) i dopiero z nich odpączkowują kolejne zooidy. U przedstawicieli podrodziny Pyrostremmatinae (rodzaj Pyrostremma) cyathozooid przypomina pozostałe zooidy i wypączkowuje wiele (30 80) pierwotnych zooidów (Van Soest 1981 w Govindarajan et al. 2011). 18

19 Figura 9. A. Rozmieszczenie zooidów w kolonii Pyrosoma sp. Widoczne kosze skrzelowe zooidów położone we wspólnej tunice. B. Ujście wspólnej jamy w kolonii Pyrosoma sp. Widoczne granice pomiędzy zooidami otaczającymi wspólny otwór ujściowy oraz wyrostki tuniki. C. Schematyczne przedstawienie rozmieszczenia zooidów na ilustracji A (dokładny opis na Fig. 8B). D. Pojedynczy zooid Pyrosoma sp. Widoczny syfon wlotowy uchodzący po zewnętrznej stronie wspólnej tuniki, kosz skrzelowy zooida oraz pączkujący zooid w jamie atrialnej. E. Młodociana kolonia sprzągli z rzędu Pyrosomida (Zdjęcie z na licencji Creative Commons). Salpida (salpy) Salpy to najliczniejszy rząd w obrębie sprzągli (44 gatunki według World Register of Marine Species czerwiec 2014) występujący we wszystkich oceanach świata. Należące do niego gatunki to pelagiczne, przejrzyste stworzenia, które w zależności od stadium życiowego występują w formach osobniczych, albo kolonijnych (np. Meglitsch et al. 1972). Pojedynczy osobnik (Fig. 10) jest wielkości kilku do kilkunastu centymetrów. Z przodu ciała znajduje się syfon wlotowy prowadzący do jamy skrzelowej. Syfon wlotowy pozbawiony jest narządu koronalnego lub jego homologu (Caicci et al. 2013). Kosz skrzelowy salp jest bardzo mocno zredukowany i składają się na niego jedynie dwa otwory skrzelowe pozbawione rzęsek. Woda z kosza skrzelowego do położonego z tyłu ciała atrium jest przepompowywana przy pomocy okalających ciało pasów mięśniowych, których liczba jest różna w zależności od gatunku i stadium życiowego salpy. Przepływająca przez ciało salpy woda uchodzi położonym terminalnie syfonem wylotowym i napędza osobnika ruchem odrzutowym. 19

20 Figura 10. Budowa osobniczego pokolenia salp na przykładzie Thalia democratica. Widok wentralny. U salp występuje przemiana kolonijnych i osobniczych pokoleo (Fig. 11). Zapłodnienie jest wewnętrzne a jajo rozwija się w koszu skrzelowym dorosłego osobnika odżywiane przez funkcjonalne łożysko (Lacalli 1999). Powstający w wyniku embriogenezy osobnik nosi nazwę oözooidu. Jest on wolnożyjący i początkowo odżywia się samodzielnie. Oözooid nie ma gonad. Po wentralnej stronie oözooidu znajduje się stolon, przez który biegnie cewka nerwowa, pasmo endodermy (formujące również cewkę), parzyste pasma mezodermy i pasmo pierwotnych komórek płciowych (Lacalli 1999). Na stolonie pączkują tak zwane blastozooidy, których listki zarodkowe biorą początek z tkanek zawartych w stolonie. W wyniku wzrostu blastozooidów powstaje duża, pelagiczna kolonia. Każdy blastozooid ma gonady zarówno męskie jak i żeoskie, ponieważ jednak gonady męskie zaczynają produkowad gamety później niż gonady żeoskie, kolonie unikają samozapłodnienia. Figura 11. Przedstawiciele rzędu Salpida: A. Salpa cilindrica, rozmnażająca się bezpłciowo forma osobnicza (zdjęcie z B. Kolonia niezidentyfikowanych salp (zdjęcie z na licencji Creative Commons). 20

21 Doliolida (beczułkowce) Rząd Doliolida liczy 25 opisanych gatunków (wg World Register of Marine Species czerwiec 2014), wydaje się jednak, że różnorodnośd beczułkowców może pozostawad niedoszacowana ze względu na słaby stan poznania form batypelagicznych (Robison et al. 2005a i b) oraz występowanie gatunków kryptycznych (Godeaux i Harbison 2003). Wszystkie spośród znanych doliolidów to organizmy pelagiczne. Większośd znanych przedstawicieli tego rzędu cechuje się występowaniem złożonego cyklu życiowego z przemianą pokoleo płciowych i bezpłciowych, lecz u niektórych doliolidów ulega on uproszczeniu (Godeaux et al w Robison et al. 2005a). Najczęściej spotykane (osobnicze) stadia doliolidów mają beczułkowaty pokrój, są przejrzyste i mają otaczające ciało pasy mięśniowe (Fig. 12). Liczba pasów mięśniowych zależy od stadium życiowego i pozycji systematycznej. Z przodu ciała znajduje się syfon oralny, otoczony klapami, na których zlokalizowane są wtórne mechanoreceptory (Caicci et al. 2013), natomiast z tyłu znajduje się syfon atrialny. Przednią połowę ciała zajmuje gardziel, której tylna ściana przebita jest nielicznymi otworami skrzelowymi uchodzącymi do atrium. Nad grzbietową ścianą gardzieli znajdują się zwój nerwowy i gruczoł neuralny. Chod u doliolidów występują pasy mięśniowe, są one wykorzystywane jedynie do wprawiania zwierzęcia w ruch na zasadzie odrzutu; wykorzystywany do filtracji i wymiany gazowej ruch wody przepływającej przez uproszczony kosz skrzelowy jest wywoływany głównie przez urzęsione otwory skrzelowe (sigmata). Figura 12. Budowa gonozooidu doliolida z podrzędu Doliolidina. Widok lateralny. 21

22 Godeaux i Harbison (2003) wyróżnili dwa podrzędy w obrębie doliolidów. Pierwszy z nich Doliolidina (20 opisanych gatunków), cechuje występowanie u form osobniczych ośmiu pasów mięśniowych, oraz skomplikowany cykl życiowy z dużym stopniem specjalizacji zooidów. U przedstawicieli drugiego podrzędu, Doliopsidina (5 opisanych gatunków, głównie głębokomorskich), występuje pięd pasów mięśniowych a cykl życiowy jest uproszczony. W typowym cyklu życiowym Doliolidina osobnicze formy płciowe (gonozooidy), które charakteryzują się ośmioma pasami mięśniowymi i występowaniem obu typów gonad, uwalniają do toni morskiej gamety, a po zapłodnieniu z zygoty rozwija się larwa. Chod ma ona ogon, to znacznie odbiega od planu budowy kijankowatej larwy żachw (Lacalli 1999). Swoją budową przypomina dorosłą postad osobniczego doliolida i cała metamorfoza ogranicza się jedynie do odrzucenia ogona i izometrycznego wzrostu. W larwalnym ogonie znajduje się struktura nazywana struną grzbietową, aczkolwiek jej lita budowa odbiega od tej, która występuje u pozostałych przedstawicieli osłonic (u których struna grzbietowa ma formę cewki wypełnionej zewnątrzkomórkową macierzą). Ponadto w rozwoju zarodkowym doliolidów nie występuje na żadnym etapie cewka nerwowa ani pasmo endodermy (Lacalli 1999), a larwalny układ nerwowy jest zachowany przez całe życie. Wszystko to nasuwa wątpliwości co do homologii między larwą żachw i doliolidów. Figura 13. Kolonijna forma doliolidów na przykładzie Dolioletta sp. Widoczny duży oözooid (na dole) i przytwierdzone do jego kadoforu trofozoidy. Na początkowym odcinku kadoforu widoczne dojrzewające forozooidy. (Zdjęcie z 22

23 Wolnożyjąca larwa przeobraża się w bezpłciowego osobnika (oözooid), który ma dziewięd pasów mięśniowych. W tyle ciała oözooidu znajdują się dwa wyrostki wentralnie położony rudyment stolonu i dorsalnie położony kadofor. Na stolonie pojawiają się zawiązki przyszłych osobników kolonijnych, które następnie migrują wzdłuż boku zwierzęcia na kadofor (uczestniczą w tym wyspecjalizowane ameboidalne komórki forocyty). Wytwarzane są trzy typy pączków: 1) pączki, z których na kadoforze rozwiną się trofozoidy, czyli osobniki odżywiające kolonię, o uproszczonej budowie, silnie rozbudowanej gardzieli i ze zredukowanymi pasami mięśniowymi, 2) pączki z których na kadoforze rozwiną się forozooidy, przypominające budową gonozooid, tylko pozbawione gonad oraz 3) pączki gonozooidów, które są umieszczane na forozooidach. Na kadoforze forozooidy rozmieszczone są dorsalnie a trofozooidy lateralnie. Gdy trofozooidy dojrzewają, przejmują w pełni od oözooidu funkcję odżywczą. Od tego momentu oözooid, który jest znacznie większy niż pozostałe osobniki w kolonii, pełni jedynie funkcję lokomotoryczną (Fig. 13) wprawiając całą kolonię w ruch przy pomocy pasów mięśniowych. Gdy forozooidy dojrzeją, odrywają się od kolonii unosząc z sobą zawiązki gonozooidów. Funkcją forozooidów jest dyspersja i odżywianie gonozooidów. Gdy gonozooid dojrzewa płciowo, forozooid obumiera. U przedstawicieli Doliopsidina cykl życiowy jest słabo poznany, nie stwierdzono jednak nigdy występowania stadium oozoidu; trofozooidy i gonozooidy często są niezróżnicowane morfologicznie (nie licząc obecności gonad, Robison et al. 2005a), forozooidy mogą w ogóle nie występowad (Robison et al. 2005a) lub mogą występowad tzw. gonoforozoidy (Godeaux i Harbison, 2003). Do podrzędu Doliopsidina został zaliczony jedyny jak dotąd znany drapieżny przedstawiciel sprzągli Pseudusa bostigrinus (Robison et al. 2005b), konwergentnie upodobniony do parzydełkowców Appendicularia (=Larvacea; ogonice) Do gromady ogonic zalicza się niewielkie (zwykle do kilku milimetrów) pelagiczne osłonice, które żyją w wytwarzanych przez siebie domkach oraz charakteryzują się obecnością struny grzbietowej i cewki nerwowej przez całą długośd życia (Fig. 14). Ogonice liczą 67 opisanych gatunków (wg World Register of Marine Species czerwiec 2014) zaliczanych do jedynego rzędu Copelata z trzema rodzinami: Oikopleuridae, Fritillariidae i Kowalevskiidae. Budową ogonice przypominają kijankowate larwy żachw. Ich ciało składa się z dwóch części: tułowia, w którym znajdują się gardziel, układ pokarmowy, układ nerwowy, gonady i niekiedy serce oraz pełniącego lokomotoryczne funkcje ogona. U przedstawicieli wszystkich ogonic w układzie pokarmowym można wyróżnid cztery odcinki: gardziel, przełyk, żołądek i odbytnicę (Brena et al. 2003a). Otwór gębowy prowadzi do gardzieli, która jest przebita dwoma otworami skrzelowymi uchodzącymi bezpośrednio na zewnątrz ciała (u ogonic brak kosza skrzelowego i atrium). Woda napędzana jest ruchem urzęsionych komórek otaczających 23

24 otwory skrzelowe. U przedstawicieli rodziny Oikopleuridae na brzegu dolnej wargi otworu gębowego oraz wzdłuż ścian gardzieli ciągnie się pierścieo urzęsionych wtórnych komórek czuciowych (Burighel et al. 2001), które są homologiem narządu koronalnego żachw (Rigon et al. 2013). W dnie gardzieli znajduje się nieduży endostyl produkujący sied śluzową, w którą łapane są cząstki pokarmu (Bone et al. 2003). Gardziel prowadzi do urzęsionego przełyku, który przechodzi w dwupłatowy obszerny żołądek, a następnie przez jelito w odbytnicę, która uchodzi po wentralnej stronie ciała w tzw. brodawce analnej (Burighel et al. 2001). U ogonic z rodziny Fritillariidae przewód pokarmowy jest znacznie prościej zbudowany ich gardziel jest obszerniejsza a w jej dnie znajduje się mocno zredukowany endostyl, żołądek jest nieduży i jednopłatowy, a większa częśd procesów związanych z obróbką pokarmu zachodzi w przestronnej odbytnicy, leżącej bezpośrednio za żołądkiem i uchodzącej dorsolateralnie (Brena et al a i b). Układ pokarmowy przedstawicieli rodziny Kowalevskiidae zbudowany jest podobnie jak u Fritillariidae, jednak gardziel jest obszerniejsza i brak w niej zupełnie endostylu. Pokarm zatrzymywany jest przy pomocy wyspecjalizowanych urzęsionych grzebieni leżących w dwóch rzędach zarówno na wentralnej, jak i na dorsalnej ścianie gardzieli (Brena et al. 2003a). U wszystkich ogonic wyspecjalizowane komórki układu pokarmowego pełnią również funkcję osmoregulacyjną (Brena et al. 2003a). Figura 14. Appendicularia na przykładzie Oikopleura sp.: A. Umiejscowienie ogonicy w domku i jego ogólna budowa. B. Pokrój ciała ogonicy. C. Budowa wewnętrzna tułowia. Przekrój strzałkowy. 24

25 Układy nerwowy i ruchowy poznane są najlepiej u modelowego rodzaju Oikopleura (Oikopleuridae) a wiedza na temat ich budowy i fizjologii jest ekstrapolowana na całą gromadę. Centralny układ nerwowy zbudowany jest z zawierającego statocystę pęcherzyka mózgowego, w którym da się wyróżnid homologi przodo- i tyłomózgowia (Cañestro et al. 2005) oraz z cewki nerwowej biegnącej przez tułów i ogon. U nasady ogona znajduje się zwój ogonowy (Bone i Mackie 1975). Od mózgu odchodzą cztery pary nerwów mózgowych (Olsson et al. 1990): pierwszy nerw mózgowy, unerwiający rostralny narząd olfaktoryczny, drugi nerw mózgowy unerwiający narząd koronalny i tworzący czuciową wypustkę na górnej wardze otworu gębowego, trzeci nerw mózgowy unerwiający urzęsione komórki otworu skrzelowego i wentralnie położone komórki nabłonka w okolicy wytwarzającej domek oraz nerw dorsalny unerwiający dorsalnie położone komórki nabłonka w okolicy wytwarzającej domek. Ogon ogonic jest spłaszczony grzbietowo-brzusznie i u form dorosłych jest pod kątem około 90 względem osi długiej tułowia. Ma cewkę nerwową i strunę grzbietową oraz boczne płetwy zbudowane z jednej warstwy komórek nabłonka (Bone i Mackie 1975, Stach 2007). Komórki nabłonkowe ogona wykazuję właściwości czuciowe i mogą przewodzid zmiany potencjału błonowego, pełnią więc funkcję niezorganizowanej sieci nerwowej (Bone i Mackie 1975). Impuls nerwowy przekazywany jest do dwóch parzystych wyspecjalizowanych neuronów (tzw. komórek Langerhansa) leżących u nasady ogona, które komunikują się ze zwojem ogonowym przez nerwy Langerhansa. Urzęsione komórki Langerhansa prawdopodobnie odpowiadają również za odczuwanie ruchów domku (Bone i Mackie 1975, Flood et al. 1990). Ogon jest umięśniony przez dwa parzyste rzędy pojedynczych komórek mięśniowych. U ogonic występują trzy typy ruchu ogona: ruch pompujący (napędzający wodę przepływającą przez domek), ruch napędowy i ruch związany z wytwarzaniem domku. Ruch napędowy jest kontrolowany przez zwój ogonowy (występuje po odcięciu ogona od tułowia), natomiast ruch związany z wytwarzaniem domku jest pod kontrolą mózgu (Bone i Mackie 1975). Cechą wyróżniającą ogonice spośród pozostałych osłonic jest wytwarzany przez nie domek, służący filtracji i poruszaniu się w toni morskiej (Fenaux 1986, Flood et al. 1990). Ponieważ u dorosłych ogonic brak właściwej tuniki, a ich domek zawiera w sobie włókna celulozy, tunika i domek uważane są za struktury sobie homologiczne (Kimura et al. 2001). Domek wytwarzany jest przez wyspecjalizowane komórki nabłonka (tzw. oikoplasty) w postaci rudymentu przylegającego do ciała ogonicy (Fenaux 1986, Thompson et al. 2001). Następnie domek ulega powiększeniu i jest zasiedlany przez ogonicę, która wymusza przepływ wody przez jego skomplikowaną strukturę (Thompson et al. 2001). Opuszczenie domku przez zwierzę skutkuje zapadnięciem się jego ścian (Fenaux 1986). 25

26 Ogonice regularnie opuszczają zużyte domki i produkują nowe, częstośd takiej wymiany zależy od warunków środowiska (Fenaux 1985, Sato et al. 2001). Architektura domku jest skomplikowana i składają się na nią liczne otwory, komory, sieci i zastawki (Fenaux 1986, Flood et al. 1990). Woda dostaje się do wnętrza domku przez parzyste otwory wlotowe wyposażone w filtry o stosunkowo szerokich oczkach, których zadaniem jest zapobieganie dostawaniu się dużych cząstek do wnętrza. Ruch ogona w komorze ogonowej powoduje przepływ wody przez kolejne komory i parzyste filtry rozpięte wewnątrz domku, na których zawieszone w wodzie cząsteczki ulegają zagęszczeniu i trafiają do komory prowadzącej do otworu gębowego ogonicy. Przefiltrowana woda jest wyrzucana z domku nieparzystym otworem wylotowym, którym usuwane są również pellety fekalne. Strumieo wyrzucanej z domku wody powoduje ruch odrzutowy całej konstrukcji; zmieniając intensywnośd uderzeo ogona ogonica jest w stanie kontrolowad prędkośd poruszania się domku (Fenaux 1986). Konstrukcja domku i filtrów umożliwia ogonicom nawet 1000-krotne zagęszczenie zawieszonych w wodzie cząsteczek pokarmowych a nawet odżywianie się mikrocząsteczkami i rozpuszczoną materią organiczną (Flood et al. 1990, Bone et al. 2003). Rozwój ogonic jest prosty i stosunkowo szybki (kilka kilkanaście godzin). Zapłodnienie jest zewnętrzne, po kilku godzinach z zapłodnionego jaja wykluwa się tzw. Streckform larwa, która charakteryzuje się ułożeniem ogona w jednej linii z tułowiem, obecnością pasma endodermy w ogonie i anatomią ogona obróconą o 90 w lewo (pasmo endodermy znajduje się więc po prawej stronie, a cewka nerwowa po lewej), ciało larwy jest zamknięte w tunice, która formuje lateralne i terminalne wyrostki (Stach 2007). W dalszym ciągu ontogenezy tunika i pasmo endodermy zanikają, formują się epidermalne płetwy ogonowe a w grzbietowo-tylnej części tułowia rozwijają się gonady, które powodują zgięcie osi ogona o 90 w dół w stosunku do osi tułowia (Stach 2007). W tym czasie w pełni uformowane zostają oikoplasty a po ustaleniu prostopadłej pozycji ogona wytwarzany jest pierwszy domek i rozpoczyna się filtracja (Thompson et al. 2001). Większośd ogonic to organizmy hermafrodytyczne, chod dobrze poznana Oikopleura dioica jest rozdzielnopłciowa (Stach 2008) Sorberacea (łapce) Gatunki zaliczane do Sorberacea umieszcza się obecnie wśród przedstawicieli rzędu Stolidobranchiata (Kott 1989, Tatian et al. 2011), jednak ze względów historycznych warto wspomnied, że osłonice te były niegdyś uważane za osobną gromadę. Są to głębokomorskie organizmy, przystosowane do aktywnego chwytania pokarmu, byd może nawet drapieżne (Kott 1989). Nietypowa morfologia Sorberacea (Fig. 15) doprowadziła do wyłączenia ich w osobną gromadę (Monniot et al. 1975, Monniot i Monniot 1990). 26

27 U Soberacea występuje sześd dużych, rozgałęzionych płatów otaczających otwór wlotowy do syfonu (chod u niektórych przedstawicieli płaty te ulegają wtórnej redukcji). Wnętrze syfonu jest rozbudowane i umięśnione i może byd wynicowywane w całości lub częściowo tworząc ryj, którym organizm najpewniej pobiera pokarm (Kott 1989). Wieniec czuciowych czułków na dnie syfonu jest silnie zredukowany. Również kosz skrzelowy jest uwsteczniony i występują w nim tylko nieliczne otwory skrzelowe (stigmata), które uchodzą do odgałęzieo jamy atrialnej. U niektórych gatunków otwory skrzelowe są całkowicie zredukowane. Na dnie gardzieli występuje krótki endostyl. Przewód pokarmowy jest U-kształtny i składa się zwykle z przełyku, dużego żołądka i jelita, uchodzącego do jamy atrialnej (Kott 1989). Ponieważ kosz skrzelowy jest bardzo krótki, układ pokarmowy leży za koszem skrzelowym, ale obok jamy atrialnej. Otwór atrialny uchodzi z boku lub jest położony terminalnie. U Sorberacea występuje woreczek nerkowy zbudowany podobnie jak ten występujący u Molgulidae. Budowa gonad jest również podobna jak u przedstawicieli tej rodziny (gonady pleurogoniczne, parzyste Kott 1989). Ekologia Sorberacea nie jest poznana, aczkolwiek sądząc po budowie syfonu oralnego i kosza skrzelowego oraz po znajdywanych w ich układzie pokarmowym szczątkach względnie dużych zwierząt sugeruje się, że mogą byd drapieżne lub konsumowad osad (Kott 1989). Nic nie wiadomo o rozrodzie i rozwoju osłonic zaliczanych do tej grupy (Stach i Turbeville 2002). Figura 15. Budowa Sorberacea na przykładzie Oligotremma psammites (schemat na podstawie Bourne 1903, zmieniony). 27

28 4. Przegląd kopalnych osłonic Osłonice, jako organizmy nie posiadające twardego szkieletu nie są częste w zapisie kopalnym (Stach i Turbeville 2005). Istnieje jednak pewna liczba skamieniałości, które bywają interpretowane jako pozostałości osłonic. Można je podzielid na dwie grupy ślady domniemanych tkanek miękkich osłonic oraz skleryty żachw. Ponieważ poprawnie zinterpretowany zapis kopalny daje wgląd w ewolucję morfologii, spróbuję pokrótce opisad skamieniałości interpretowane jako szczątki osłonic oraz ocenid ich przypisanie do omawianego podtypu. Skamieniałości przypisywane osłonicom przedstawię w porządku chronologicznym Prekambr Prekambryjskie skamieniałości Ausia fenestrata z formacji Nama w Namibii (ok. 545 Ma) i Burykhia hunti znad Morza Białego w Rosji (ok. 555 Ma) są niekiedy interpretowane jako fragmenty kosza skrzelowego żachw (Fedonkin et al. 2012). Oba te zwierzęta zachowane są w postaci odcisków z seryjnymi wgłębieniami. Obecnośd tych wgłębieo, zinterpretowanych jako otwory, stała się podstawą do uznania Ausia i Burykhia za prekambryjskie osłonice (Fedonkin et al. 2012). Fedonkin z zespołem zauważają, że podobne, seryjne otwory nie występują u żadnej innej grupy dzisiejszych zwierząt. Kwestia, czy te struktury były faktycznie otworami pozostaje jednak niejasna. Przynajmniej w przypadku Ausia Dzik (2011) zauważa że są to wypukłości pozbawione otworów i wskazuję na Ausia jako formę przejściową między Kimberella, a Halkieria, a więc umieszcza Ausia w obrębie pierwoustych Lophotrochozoa. Nawet jeżeli wspomniane seryjne wgłębienia faktycznie są otworami, to nie można uznad zwierzęcia za osłonicę jedynie na podstawie występowania seryjnych otworów. Ponadto uwzględniając anatomię żachw trudno wyobrazid sobie w jaki sposób w osadzie miałby się odcisnąd sam kosz skrzelowy. Struktura ta nie ma bezpośredniego kontaktu ze środowiskiem, jest chroniona przez tunikę, warstwę nabłonka, jamę ciała, ścianę atrium i jamę atrialną. Prawdopodobieostwo zachowania samego kosza skrzelowego, który jest strukturą bardzo delikatną, ażurową i wypełnioną licznymi naczyniami krwionośnymi bez zachowania jakichkolwiek innych tkanek lub odcisków wydaje się skrajnie małe. Moim zdaniem, skamieniałości Ausia i Burykhia nie mogą byd zatem uznane za osłonice Kambr Z okresu kambryjskiego znane są skamieniałości czterech gatunków zwierząt przypisywanych bezpośrednio do podtypu osłonic (Stach i Turbeville 2005). Lacalli (2002) zaproponował również, że wymarły typ Vetulicolia o niejasnej pozycji systematycznej może stanowid bazalną grupę osłonic. 28

29 Appendicularia Z chioskich łupków Maotianshan (ok. 520 Ma) Zhang (1987) opisał mikroskamieniałości, które zidentyfikował jako ogonice. Skamieniałości te są jednak około dziesięciokrotnie mniejsze od najmniejszych znanych ogonic i ich przynależnośd do Appendicularia pozostaje niepotwierdzona (Stach i Turbeville 2005). Z Łupków Burgess w Kolumbii Brytyjskiej (ok. 505 Ma) znane jest zwierzę Oesia disjuncta, które Lohman (1920) na podstawie ogólnej morfologii uznał za skamieniałośd ogonicy. Duże rozmiary zwierzęcia (12 cm) oraz tylko powierzchowne podobieostwo do ogonic poddają jednak w wątpliwośd przynależnośd Oesia do osłonic. Ponadto Szaniawski (2005, 2009) udowodnił, że Oesia disjunkta przypomina bentosowe Chaetognatha we wczesnych stadiach przemian tafonomicznych, chod zostało to zakwestionowane przez Conway Morrisa (2009) Ascidiacea Opisana z dolnego kambru Chin, z Chengjiang Cheungkongella ancestralis (Shu et al. 2001a; Fig. 16A) reprezentowana przez zaledwie jeden niekompletny okaz została uznana przez autorów opisu za osiadłą osłonicę przypominającą dzisiejsze Ascidiacea. Po odnalezieniu bardziej kompletnych szczątków tego zwierzęcia jego przynależnośd do Tunicata została jednak podważona, a sama Cheungkongella uznana za synonim współwystępującego w Chengjiang rodzaju Phlogites, który najczęściej bywa włączany do Lophophorata, w obrębie których łączony jest z mszywiołami (Chen et al. 2003). Innym gatunkiem z Chengjiang zaliczanym do osłonic jest Shankouclava shankouense (Chen et al. 2003). Shankoucalava jest reprezentowana przez osiem okazów, w tym cztery kompletne. Zwierzę podzielone jest na dwie części (Fig. 16B) przestronną częśd przednią ze strukturą interpretowaną jako kosz skrzelowy oraz zawierającą jelito częśd tylną (abdomen), która jest zakooczona stolonem, przytwierdzającym zwierzę do podłoża. Shankouclava ma szereg struktur, upodabniających ją do dzisiejszych żachw (w nawiasach podana interpretacja autorów): w rozdętej części przedniej widad otwory ułożone w regularne pasy (kosz skrzelowy), położony jest w niej środkowo-brzusznie ciemny pas (endostyl), domniemany kosz skrzelowy otacza jama otwierająca się po stronie grzbietowej (atrium); na szczycie zwierzęcia znajduje się walcowata struktura z wewnętrznymi wyrostkami u podstawy (syfon z czułkami); jelito jest U-kształtne; na zewnątrz ciała znajduje się różniąca się kolorem warstwa (tunika). Pokrojem ciała Shankouclava przypomina pojedynczego zooida dzisiejszych Aplousobranchia, aczkolwiek w abdomenie występują poprzeczne prążki biegnące od gardzieli do pętli jelita struktura nieznana u dzisiejszych osłonic. Przynależnośd Shankouclava do 29

30 osłonic została zanegowana na podstawie odkrytej później podobnej morfologicznie formy posiadającej wydatne czułki (Shu et al. 2010), forma ta jest jednak znana z pojedynczego kiepsko zachowanego okazu. W mojej opinii na podstawie dostępnych skamieniałości Shankouclava może byd ostrożnie uznana za kopalnego przedstawiciela osłonic. Figura 16. Wybrani kopalni domniemani przedstawiciele osłonic: A. Cheungkongella ancestralis z Chengjiang (Chiny, dolny Kambr). (Schemat na podstawie zdjęcia w Shu et al. 2001a zgodnie z interpretacją autorów.) B. Shankouclava shankouense z Kunming (Chiny, dolny Kambr). (Schemat z Chen et al ) Znane z górnego kambru fosforanowe mikroskamieniałości z rodzaju Palaeobotryllus zostały zaliczone do żachw na podstawie ich podobieostwa do układu zooidów w koloniach osłonic z rodzaju Botryllus (Ascidiacea: Stolidobranchia) (Müller 1977). Ponieważ jednak Botryllus, ani żaden inny znany przedstawiciel osłonic, nie wytwarza fosforanowego szkieletu a podobny układ zooidów może byd homoplazją, nie ma powodów, by uznad Palaeobotryllus za osłonicę. Przypomina on raczej paleozoiczne czarne korale (Antipatharia; Balioski et al. 2012). 30

31 Vetulicolia Vetulicolia to wymarły typ znanych jedynie z kambru zwierząt, charakteryzujących się dwudzielnym ciałem przednia częśd jest rozdęta i przebita szparami skrzelowymi, natomiast tylna spłaszczona i zakooczona odbytem. Shu z zespołem (2001b) zaproponowali przynależnośd Vetulicolia do zwierząt wtóroustych, koncepcja ta do dziś cieszy się uznaniem (np. Lacalli 2002, Shu 2005, Vinther et al. 2011, Smith 2012), jednak dokładna pozycja tej grupy na drzewie filogenetycznym Deuterostomia pozostaje dyskusyjna. Gee (2001) zasugerował, że Vetulicolia mogą byd grupą bliższą strunowcom niż Ambulacraria; krok dalej poszedł w swojej interpretacji Lacalli (2002), który dopatrywał się podobieostw między Vetulicolia a Thaliacea oraz zaproponował bliskie pokrewieostwo między Vetulicolia a osłonicami, przy czym występująca u Vetulicolia kutykula miałaby byd homologiem tuniki. Domniemana przynależnośd Vetulicolia do strunowców oparta jest jednak na prawdopodobnie błędnej interpretacji materiału kopalnego, podstawą do grupowania Vetulicolia i Chordata ma byd endostyl, brak jednak dowodów, że występująca u Vetulicolia na dnie gardzieli ciemna smuga faktycznie jest endostylem (Aldridge et al. 2007). Ponadto otwory skrzelowe u Vetulicolia są pojedyncze (nie tworzą rzędów jak w koszu skrzelowym), otwierają się bezpośrednio na zewnątrz ciała (brak atrium) a jelito jest proste i uchodzi terminalnie. Wszystkie te fakty każą poddad w wątpliwośd bliskie pokrewieostwo między Vetulicolia a Tunicata. Jak zauważają Donoghue i Purnell (2009) dokładna pozycja systematyczna Vetulicolia przy dostępnym obecnie materiale kopalnym musi pozostad niejasna Skleryty żachw Niektórzy przedstawiciele żachw z rzędów Aplousobranchia i Stolidobranchia wytwarzają zbudowane z CaCO 3 spikule (Brookfield 1988, Łukowiak 2012). Istnieje szereg doniesieo o podobnych strukturalnie sklerytach z zapisu kopalnego, które miałyby wskazywad na występowanie przedstawicieli tych rzędów w przeszłości geologicznej. Najstarsze znane kopalne spkiule przypisywane żachwom, to dolnokambryjskie mikroskamieniałości z Północnej Grenlandii zaliczane do rodzaju Hadimopanella oraz spikule prawdopodobnie pokrewnego rodzaju Utahphospha z dolnego Ordowiku Ameryki Północnej (Bendix-Almgreen i Peel 1988). Należy jednak zauważyd, że chod skamieniałości te przypominają skleryty występujące u żachw z rodzaju Cystodytes (Aplousobranchia: Polycitoridae), to istnieją powody, by wątpid w ich systematycznie znaczące podobieostwo. Po pierwsze są to mikroskamieniałości fluoroapatytowe, podczas, gdy skleryty Cystodytes zbudowane są z węglanu wapnia. Po drugie u przedstawicieli Cystodytes występują nietypowe jak na żachwy skleryty u pozostałych gatunków skleryty są luźno rozrzucone w ciele lub tunice, u Cystodytes formują zwartą całośd (Bendix-Almgreen i Peel 1988) 31

32 wydaje się więc, ze jest to rodzaj zaawansowany ewolucyjnie pod względem budowy sklerytów i trudno się spodziewad podobnie zaaranżowanych spikuli u domniemanych wczesnopaleozoicznych form osłonic. Zgodnie z nowszymi interpretacjami Hadimopanella i Utahphospha to skleryty i fragmenty kutikuli kambryjskich nitnikowców Palaeoscolecida (np. García-Bellido et al 2013). Przekonujące są jedynie skamieniałości mezozoiczne i kenozoiczne. Spikule praktycznie identyczne z występującymi u obecnych gatunków są znane z zapisu kopalnego od wczesnej jury (Brookfield 1988). Niestety, skamieniałości te nie mówią wiele o ewolucji osłonic, pokazują jedynie, że przedstawiciele niektórych rodzin żachw musieli występowad w morzach już w mezozoiku i mogą potencjalnie byd przydatne przy kalibrowaniu filogenetycznych drzew molekularnych. Zapis kopalny z górnego eocenu Australii wskazuje, że ok. 38 Ma fauna kolonijnych żachw wytwarzających skleryty miała charakter podobny do dzisiejszego (Łukowiak 2012). 32

33 5. Filogeneza Tunicata Pochodzenie osłonic Pozycja filogenetyczna względem pozostałych Chordata W obrębie typu strunowców wyróżnia się trzy monofiletyczne podtypy Cephalochordata (bezczaszkowce), Vertebrata (kręgowce) i Tunicata (osłonice). Są więc możliwe trzy topologie pokrewieostw ewolucyjnych między podtypami strunowców: zgodnie z hipotezą Atriozoa Cephalochordata i Tunicata są grupami siostrzanymi, według hipotezy Euchordata (lub Notochordata) siostrzane są Vertebrata i Cephalochordata, a według hipotezy Olfactores grupą najbliższą Vertebrata miałyby byd Tunicata. Przez wiele lat zbierano dowody z dziedziny anatomii i embriologii porównawczej, które miały wspierad poszczególne koncepcje i każda z nich doczekała się szeregu argumentów zarówno za jak i przeciw, które Stach (2008) przedstawił w wyczerpującej pracy przeglądowej. Dośd wspomnied, że do początku XXI wieku większośd badaczy skłaniała się ku hipotezie Euchordata, zakładając, że Tunicata są grupą bazalną w stosunku do pozostałych strunowców. Początkowo dane molekularne zdawały się wspierad taką topologię drzewa filogenetycznego strunowców. Turbeville z zespołem (1994) przeprowadzili kompleksową analizę filogenetyczną z wykorzystaniem 18S rrna; jej wyniki nie były jednoznaczne i wskazywały na niską siłę sygnału filogenetycznego w sekwencji małej podjednostki rybosomalnej. Chod na większości drzew uzyskanych różnymi metodami Cephalochordata i Vertebrata grupowały się jako taksony siostrzane, to wsparcie bootstrap dla kladu Euchordata było stosunkowo niskie (50 dla metody największej parsymonii, 67 dla największej parsymonii z wykorzystaniem cech morfologicznych, 52 dla analizy neighbor-joining, 67 dla drzewa Fitch-Margoliash). Nieco lepsze wsparcie uzyskał klad Euchordata w pracy Camerona z zespołem (2000), w której używając analizy GAMBIT uzyskali oni drzewo z kladem Euchordata ze wsparciem o wartości bootstrap 71. W 2005 roku Blaire i Blair Hedges przeprowadzili analizę sekwencji kodujących białka, w której wykazali, że osłonice są szybko ewoluującym molekularnie taksonem (o około dwukrotnie dłuższej gałęzi) a ich pozycja na drzewie filogenetycznym strunowców jest wrażliwa na użytą grupę zewnętrzną przy zastosowaniu sekwencji owada jako grupy zewnętrznej Tunicata wypadały jako grupa siostrzana do pozostałych strunowców, przy zastosowaniu sekwencji szkarłupnia grupowały się jako klad siostrzany do kręgowców. Co więcej analizy różnych możliwych topologii pokazały, że przy zastosowaniu owada jako grupy zewnętrznej logarytmy wiarygodności drzew wspierających klady Euchordata i Olfactores nie był istotnie różne statystycznie. W świetle tych analiz wcześniejsze wyniki 33

34 wskazujące na bazalne położenie osłonic mogą byd interpretowane jako efekt przyciągania się długich gałęzi. Podobne wnioski można wyciągnąd z pracy Delsuca z zespołem (2006) oraz Vienne i Pontarottiego (2006). W obu tych analizach zastosowano wiele sekwencji kodujących białka uzyskując statystycznie wspartą topologię grupującą osłonice z kręgowcami. Vienne i Pontarotti (2006) wykazali, że chod niektóre badane geny dają topologię wspierającą bliską relację między Cephalochordata i Vertebrata, to przy zastosowaniu dużych zestawów sekwencji (82 rodziny genów) sytuacja ulega zmianie i to osłonice okazują się byd grupą siostrzaną kręgowcom. W świetle powyższych badao należy uznad, że przy obecnym stanie zaawansowania naszej wiedzy na temat ewolucji molekularnej wyniki uzyskane przez filogenetyków molekularnych zajmujących się ewolucją strunowców wskazują, że najbardziej prawdopodobna jest topologia łącząca kręgowce i osłonice jako grupy siostrzane a umieszczająca lancetniki jako grupę bazalną w stosunku do pozostałych strunowców. Jak postaram się wykazad poniżej istnieje szereg apomorfii dla kladu Olfactores (Tunicata i Vertebrata), które wspierają wyniki analiz molekularnych Apomorfie Olfactores W płynie wypełniającym ciało osłonic (hemolimfie) podobnie jak w krwi kręgowców da się wyróżnid wiele typów komórek, które pełnią różnorodne funkcje (Stach 2008, Cima et al. 2013). U lancetników natomiast w naczyniach krwionośnych zidentyfikowano tylko jeden, niezróżnicowany rodzaj komórek (Stach 2008). Jeśli różnorodnośd hemocytów jest cechą zaawansowaną ewolucyjnie, można ją traktowad jako synapomorfię dla kladu Olfactores. U bezczaszkowców nie zidentyfikowano bezsprzecznie żadnych narządów zmysłu równowagi (Lacalli 2004). Chod zarówno u kręgowców (błędnik), jak i u osłonic (larwalny otolit) takie struktury występują, to nie są uważane za homologiczne (Shimeld et al. 2005). Niemniej jednak zalążki atrium, które w czasie rozwoju są parzyste, wykazują anatomiczne (Manni et al. 2004) i molekularne (Mazet et al. 2005) podobieostwo do występującej w rozwoju zarodkowym kręgowców plakody dorsolateralnej, z której rozwijają się narządy słuchu i linia naboczna. Co więcej, w atrium u niektórych gatunków osłonic występują mechanoreceptory wyposażone w cupulę (rzęski wielu komórek połączone zewnątrzkomórkową macierzą, tworzą jeden wielokomórkowy mechanoreceptor); komórki wyposażone w cupulę są znane ponadto jedynie u kręgowców, u których występują w uchu środkowym i linii nabocznej (Stach 2008). Atrialne mechanoreceptory u osłonic są jednak typu pierwotnego (posiadają własne wypustki aksonu) podczas gdy u kręgowców receptory kupularne mają charakter wtórny (unerwione przez towarzyszące im komórki nerwowe). Homologia 34

35 między zawiązkami atrium osłonic a uchem wewnętrznym i linią naboczną kręgowców oraz między występującymi w nich receptorami nie jest więc jednoznaczna i wymaga dalszych badao. Nazwa kladu Olfactores wzięła się z domniemanej apomorfii, jaką miałoby byd występowanie u wspólnego przodka kręgowców i osłonic narządu węchu związanego z pierwotnymi chemoreceptorami (Delsuc et al. 2006). U bezczaszkowców w ogóle nie stwierdzono występowania narządu olfaktorycznego (Lacalli 2004). O ile u kręgowców występuje on zawsze, o tyle odszukanie jego homologów u osłonic wydaje się problematyczne. Na gruncie funkcjonalnym (a więc podatnym na konwergencję) występujące z przodu larwy brodawki służące wyborowi miejsca adhezji do podłoża bywają uważane za wyposażone w narządy chemorecepcji przypominające narząd węchu kręgowców (Lacalli 2004). Bollner z zespołem (1986) uznali z kolei występujący u ogonic wentralny narząd czuciowy, zbudowany z pierwotnych receptorów o prawdopodobnej funkcji chemoreceptywnej, za homolog narządu węchu występującego u kręgowców. Na podstawie embriologii porównawczej Manni et al. (2004) zaproponowali, że występujący u larw kanał neurohypofyzealny (łączący larwalny układ nerwowy ze stomodeum zalążkiem syfonu oralnego) wykazuje podobieostwo do plakody olfaktorycznej, z której u kręgowców rozwijają się komórki węchowe; z drugiej strony Mazet et al. (2005) wykazali, że to rejon stomodeum wykazuje podobną ekspresję genów co plakoda olfaktoryczna. Ogólnie rzecz ujmując sytuacja z domniemanym narządem węchowym osłonic jest podobna co w przypadku homologu narządu zmysłu równowagi i słuchu istnieją poszlaki wskazujące, że u przodka osłonic i kręgowców mógł istnied narząd olfaktoryczny brak jednak twardych dowodów na taką homologię. Kolejną cechą łączącą osłonice z kręgowcami z wyłączeniem lancetników jest występowanie w rozwoju zarodkowym plakod neurogenicznych (sensu Manni et al. 2004), czyli zgrubieo ektodermy, w których błona podstawna nabłonka może zostad przerwana, a występujące w nich komórki mogą ulegad delaminacji lub nabierają charakteru migracyjnego a wśród komórek pochodzących z plakody da się wyróżnid neurony i/lub komórki receptorowe (zarówno pierwotne jak i wtórne). Co więcej plakody występujące u osłonic wykazują ekspresję podobnego zestawu genów co niektóre plakody kręgowców (Mazet et al. 2005). Na podstawie badao mikroskopowych rozwijających się larw żachw Manni et al wyróżnili u osłonic cztery typy plakod rostralną, stomodealną, neurohypofizealną i atrialną. Plakoda rostralna, z której powstaje narząd adhezyjny larwy jest przez nich homologizowana z gruczołem cementowym występującym np. u kijanek płazów. Plakoda stomodealna, z której powstają syfon oralny, narząd koronalny i elementu kompleksu nerwowego, miałaby byd homologiem plakody adenohypofyzealnej (z której powstaje przedni płat przysadki mózgowej) i plakod linii nabocznej. Plakoda neurohypofyzealna daje początek elementom układu nerwowego dorosłych żachw, elementom gruczołu neuralnego i gonad, jej homologami miałyby byd 35

36 plakoda olfaktoryczna oraz podwzgórze. Z kolei z plakody atrialnej (u Aplousobranchia i Phlebobranchia parzystych, u Stolidobranchia pojedynczej) rozwijają się zalążki atrium i towarzyszące im mechanoreceptory, a także elementy kosza skrzelowego (stigmata) a w przypadku niektórych form kolonijnych blastozooidy. Plakoda atrialna jest na podstawie embriologii porównawczej homologizowana z plakodą słuchową kręgowców. Wyniki badao ekspresji genów (Mazet et al. 2005) wskazały na występowanie u osłonic dwóch zgrubieo ektodermalnych eksprymujących geny typowe dla plakod kręgowców zgodnie z powyższą nomenklaturą są to plakoda stomodealna i atrialna. Plakoda stomodealna ma ekspresje zbliżoną do plakod olfaktorycznej i adenohypofyzealnej kręgowców, natomiast plakoda atrialna do plakody dorsolateralnej, z której powstaje następnie plakoda słuchowa i plakody linii nabocznej. Jak widad występowanie plakod jest więc wyraźną autapomorfią kladu Olfactores jednak dokładne homologie pomiędzy poszczególnymi plakodami wydają się zatarte, prawdopodobnie na skutek setek milionów lat dywergentnej ewolucji. Najważniejsze cechy odróżniające kręgowce od bezkręgowych strunowców to: parzyste, morfologicznie odrębne narządy zmysłów (oczy, narządy słuchu, narządy linii nabocznej i narządy węchowe); scentralizowany układ nerwowy, z wyodrębnionym mózgiem, którego zadaniem jest odbieranie, przetwarzanie i odpowiedź na bodźce dochodzących z narządów zmysłów; kosz skrzelowy przekształcony z aparatu filtracyjno-oddechowego w wyspecjalizowany narząd oddechowy (skrzela), wyposażony we własny szkielet i umięśnienie, które umożliwiają aktywne przepompowywanie wody; układ krwionośny dostosowany do efektywnej wymiany gazowej przez zmodyfikowany kosz skrzelowy; układ lokomotoryczny składający się z mięśni i elementów chrzęstnych lub kostnych. Jak zauważyli Northcutt i Gans (1983) wszystkie te cechy są zdecydowanie bardziej przydatne organizmom aktywnie poszukującym pokarmu (drapieżnym) niż polegającym na mechanizmie filtracji. Badacze ci zaproponowali model ewolucji kręgowców, w którym główne zmiany ewolucyjne miałyby byd związane z przejściem przodka kręgowców do drapieżniczego trybu życia, czemu miało towarzyszyd wykształcenie szeregu nowych struktur, w tym również głowy wyposażonej w narządy zmysłu, mózg, elementy chrzęstne i skrzela; koncepcja ta zapisała się w nauce jako Hipoteza Nowej Głowy (np. Northcutt 2005). Autorzy Hipotezy Nowej Głowy zwracają uwagę, że większośd z autapomorfii kręgowców powstaje w rozwoju zarodkowym z plakod neurogenicznych oraz komórek grzebienia nerwowego (Northcutt i Gans 1983). Grzebieo nerwowy są to komórki leżące między neuroektodermą a ektodermą okrywową na granicy płyty nerwowej (Donoghue et al. 2008). Podczas neurulacji płyta nerwowa zapada się a jej brzegi tworzą dwa fałdy nerwowe, które ulegają zlaniu. Powstaje w ten sposób zamknięta cewka nerwowa, która połączona jest z ektodermą okrywową pasmem komórek grzebienia nerwowego. Komórki te nabierają właściwości mezenchymatycznych i migrują po zarodku dając początek licznym tkankom 36

37 w dorosłym organizmie powstają z nich min. melanocyty, chrząstka trzewioczaszki, niektóre zwoje nerwowe, niektóre lemocyty, elementy układu endokrynowego. W 1983 roku istniał pogląd, że zarówno plakody neurogeniczne jak i grzebieo nerwowy, to struktury embrionalne wyłączne dla kręgowców. Jak już wyżej wspominałem plakody neurogeniczne występują jednak również u osłonic. Podobnie okazało się, że u przedstawicieli Tunicata występują migrujące komórki grzebienia nerwowego, z których powstają w rozwoju komórki pigmentowe (Jeffery et al. 2004, Jeffery 2006, Abitua et al. 2012). Wydaje się więc, że również grzebieo nerwowy jest kolejną synapomorfią dla osłonic i kręgowców. Warto zwrócid uwagę, że większośd synapomorfii kladu Olfactores to cechy związane z rozwojem zarodkowym. Wprawdzie od czasu prawa biogenetycznego Haeckla podobieostwo na poziomie zarodkowym i larwalnym jest często uważane za konserwatywne ewolucyjnie, a więc niosące w sobie sygnał o głębokiej filogenezie, należy jednak pamiętad, że dużo cech pojawiających się w rozwoju zarodkowym ma charakter czysto inżynieryjny, związany z histo- i organo- genezą i występujące podobieostwa mogą byd często wynikiem konwergentnych, homoplastycznych rozwiązao morfogenetycznych. Problem ten podnosi Lacalli (2004), który zwraca uwagę, że nie powinniśmy się zastanawiad, czy u lancetnika da się znaleźd plakody neurogeniczne, bo z naszej wiedzy o rozwoju tego zwierzęcia wynika, że plakody takie nie są mu do niczego potrzebne; należy raczej stawiad sobie pytanie, czy u lancetnika da się znaleźd struktury homologiczne strukturom powstającym u kręgowców z plakod neurogenicznych Tryb życia wspólnego przodka osłonic i kręgowców W czasach, gdy trychotomię drzewa filogenetycznego strunowców rozwiązywano na korzyśd topologii Euchordata pojawiło się pytanie jak wyglądał ostatni wspólny przodek wszystkich strunowców i jaki prowadził tryb życia. Konkurowały wówczas ze sobą dwie, zasadniczo różne, hipotezy. Pierwsza z nich odwoływała się do koncepcji rekapitulacji filogenezy w ontogenezie (np. Haeckel 1868, Darwin 1871). Zgodnie z nią osłonice miałyby pochodzid od wolnożyjącego zwierzęcia przypominającego ich kijankowatą larwę. Podobnie wyglądad miałby wspólny przodek wszystkich strunowców. Alternatywną hipotezę wysunął Garstang (1928). Zauważył on, że zwierzę o morfologii larwy żachwy nie mogło nigdy byd ostatnim stadium rozwojowym, ponieważ w momencie poprzedzającym metamorfozę larwa ta jest kompletnie niefunkcjonalna nie może się odżywiad i słabo przeprowadza wymianę gazową; jej dostosowanie ma sens jedynie widziane przez pryzmat stadium dorosłego. Garstang zaproponował więc, że strunowce pochodzą od osiadłych zwierząt wtóroustych (form przypominających dzisiejsze Pterobranchia), u których doszło do 1) skomplikowania stadium larwalnego z dipleuruli do kijankowatej ogoniastej larwy, 37

38 2) zaadoptowania gardzieli z otworami skrzelowymi do filtracji 3) redukcji czułków w związku z utratą przez nie głównej funkcji filtracyjnej. Lancetniki i kręgowce (w oryginalnej wersji hipotezy Garstanga również Enteropneusta) miały powstad z kijankowatej larwy form przypominających dzisiejsze osłonice na drodze pedomorfozy. Warto w tym miejscu również wspomnied o tzw. zwierzęciu Romera. Jest to koncepcja wywodząca się z publikacji Romera (1972), w której zauważa on, że kręgowce zawierają w sobie dwa niezależne komponenty wisceralny (związany głównie z układem pokarmowym) i somatyczny (związany z lokomotoryką i narządami zmysłów). Romer wyprowadzał ten stan rzeczy z przebiegu ewolucji strunowców zaproponowanego przez Garstanga. Kręgowce powstały według hipotezy Romera poprzez zdominowanie części wisceralnej (kosz skrzelowy i układ pokarmowy) przez częśd somatyczną (ogon i układ nerwowy) u larwy przodka przypominającego dzisiejsze osobnicze żachwy a następnie na drodze pedomorfozy osiadłe stadium dorosłe zostało utracone. Odkrycia ostatnich lat, które wskazują na siostrzaną relację między kręgowcami a osłonicami, przeczą teorii Garstanga i wskazują, że wspólny przodek wszystkich strunowców był raczej zwierzęciem wolnożyjącym (ewentualnie jak lancetnik zagrzebującym się w mule, ale zdolnym do efektywnego przemieszczania się również w stadium dorosłym). Z drugiej strony argumenty Garstanga przeciwko przyjmowaniu scenariusza rekapitulacji nadal zachowują zasadnośd. Przodek strunowców przypominał zapewne bardziej lancetnika niż larwę żachw. Wskazuję na to również szereg cech łączących kręgowce z lancetnikami (np. obecnośd miomerów, proste jelito, cefalizacja), które musiały zaniknąd w linii ewolucyjnej osłonic. Analizując dystrybucję cech morfologicznych wśród podtypów dzisiejszych strunowców proponuję następujący scenariusz ewolucji strunowców (Fig. 17): Wspólny przodek wszystkich strunowców był zwierzęciem o wolnożyjącej, pobierającej pokarm larwie i stadium dorosłym odżywiającym się na drodze filtracji przy pomocy kosza skrzelowego. Zwierzę to posiadało strunę grzbietową, cewkę nerwową, segmentowane mięśnie (miomery rozdzielone mioseptami) oraz zapewne seryjne gonady i nefrydia. Nie było zdolne do bezpłciowego rozmnażania się. Ponieważ atrium osłonic i lancetników nie jest prawdopodobnie homologiczne (Stach 2008) zgodnie z zasadą parsymonii zakładam, że jama atrialna i atriopor nie występowały u ostatniego przodka strunowców. Larwa tego hipotetycznego przodka była zapewne pelagiczna, natomiast stadium dorosłe mogło byd związane z bentosem (tak jak dzisiejsze lancetniki i żachwy). Zwierzę to nie posiadało wyodrębnionych narządów zmysłu, za to w okolicy jego otworu gębowego znajdowały się wtórne mechanoreceptory, których pobudzenie powodowało zaciskanie gardzieli 38

39 i zamykanie szpar skrzelowych. W rozwoju zarodkowym nie występowały plakody neurogeniczne, a komórki grzebienia nerwowego nie migrowały, ani nie ulegały różnicowaniu. Od tego hipotetycznego stadium z jednej strony wywodziłyby się bezczaszkowce, z drugiej wspólny przodek kladu Olfactores. W przypadku lancetników larwa zachowała niektóre cechy wspólne z pierwotnymi strunowcami (np. brak atrium), aczkolwiek uległa wtórnej asymetryzacji. Wykształcenie się atrium u lancetników jest prawdopodobnie związane z zagrzebywaniem się form dorosłych w osadzie. Delikatny kosz skrzelowy jest dodatkowo chroniony przez jamę atrialną przed uszkodzeniem przez ziarenka piasku. W linii prowadzącej do dzisiejszych Olfactores zaszły w niemożliwej do ustalenia kolejności następujące zmiany: 1) w rozwoju zarodkowym pojawiły się plakody neurogeniczne i migrujące komórki grzebienia nerwowego, z których różnicowały komórki pigmentowe; 2) pojawiły się różnorodne morfologicznie i funkcjonalnie hemocyty; 3) pojawiły się parzyste komory, leżące wzdłuż aparatu skrzelowego (homolog zawiązków atrium i ucha wewnętrznego), ich funkcja jest jednak niemożliwa do ustalenia; byd może również wydzielone serce jest cechą, która była obecna u ostatniego wspólnego przodka Olfactores, ale homologia między sercem osłonic i kręgowców nie jest udowodniona. Nie ma dowodów na to, czy osiadły tryb życia dojrzałej formy życiowej, który reprezentują niektórzy z przedstawicieli osłonic pojawił się przed dywergencją na Tunicata i Vertebrata, czy już po niej, ale jeszcze raz odwołując się do parsymonii zakładam, że wspólny przodek tych grup nie posiadał dorosłego stadium osiadłego. Figura 17. Proponowany scenariusz nabywanie apomorfii w filogenezie strunowców. 39

40 Następnie doszło do rozdzielenia linii ewolucyjnych kręgowców i osłonic. W przypadku tych pierwszych pojawił się nacisk selekcyjny na rozwój narządów zmysłu i układu lokomotorycznego związany bądź z presją ze strony drapieżników (Lacalli 2004) bądź wręcz przeciwnie, z przejściem do drapieżnego trybu życia (Northcutt i Gans 1983). Obecnośd populacji migrujących, multipotencjalnych komórek (komórki plakod i grzebienia nerwowego), była doskonałą preadaptacją do wytworzenia szeregu nowych struktur związanych z odbieraniem i odpowiadaniem na bodźce pochodzące ze środowiska. Kluczową rolę pełniło tu prawdopodobnie uruchomienie w komórkach grzebienia nerwowego szlaków determinant mezodermalnych (Abitua et al. 2012), dzięki czemu komórki pochodzenia ektodermalnego uzyskały znacznie szerszą możliwośd dyferencjacji. W linii prowadzącej do osłonic ostateczne stadium życiowe było coraz mocniej związane z bentosowym trybem życia. W koocu doszło do wykształcenia się formy osiadłej. Prawdopodobnie, nim to nastąpiło, doszło do zlania się parzystych komór okołoskrzelowych w atrium; nacisk selekcyjny na powiększanie i wzrost złożoności kosza skrzelowego również zapewne poprzedzał przejście do stricte osiadłego trybu życia. Zdolnośd do wytwarzania celulozy została prawdopodobnie nabyta w linii strunowców prowadzącej do osłonic na drodze horyzontalnego transferu genów (Nakashima et al. 2004). Trudno jednoznacznie powiedzied, czy wytwarzanie celulozowej tuniki jest starsze, czy młodsze niż osiadły tryb życia, ale skomplikowana tunika jest raczej przystosowaniem do takiego trybu życia, na co wskazuje niezależne wtórne uproszczenie lub całkowita redukcja tuniki u większości żyjących obecnie planktonowych osłonic. Prawdopodobnie już po przejściu do osiadłego trybu życia jelito przyjęło kształt litery U (częsty trend ewolucyjny u organizmów osiadłych). Równocześnie z rozwojem ewolucyjnym osiadłej formy dorosłej następowała redukcja formy larwalnej do dyspersyjnego stadium kijankowatego. Efektem tego był zanik niektórych struktur plezjomorficznych dla całego typu strunowców (np. miomerów, nefrydiów), które nie były już przydatne ani w stadium larwalnym, ani dorosłym. Wytwarzanie przez powierzchnię ciała tunicyny doprowadziło do blokowania larwalnego otworu gębowego, co uniemożliwiło larwie pobieranie pokarmu i przyczyniło się do dalszej degeneracji stadium kijankowatego. Prawdopodobnie ostatni przodek wszystkich osłonic był zwierzęciem osobniczym i nie rozmnażał się klonalnie. W kontekście geologicznym zaproponowany scenariusz ewolucyjny musiałby rozegrad się w prekambrze, ponieważ już w dolnym kambrze występowały osiadłe osłonice (opisana w podrozdziale Shankouclava) wykazujące niektóre spośród cech, które miałyby wykształcid się po rozdzieleniu linii ewolucyjnych kręgowców i osłonic. 40

41 5. 2. Filogeneza Ascidiacea Parafiletyzm żachw Gromada żachw została utworzona na podstawie jednorodnego planu budowy łączącego należące do niej osiadłe zwierzęta. Jeśli jednak zaproponowany wyżej scenariusz ewolucji strunowców jest prawdziwy, należy zauważyd, że osiadły tryb życia żachw i związana z nim budowa ciała są plezjomorficzne dla całego podtypu Tunicata. Istnieje zatem duże prawdopodobieostwo, że gromada ta, utworzona na podstawie cech plezjomorficznych, będzie parafiletyczna. Problem możliwego parafiletyzmu żachw został dostrzeżony już w XIX stuleciu (Lahille 1890 w Stach i Turbeville 2002), aczkolwiek wielu badaczy aż do kooca XX wieku skłaniało się ku uznaniu żachw za grupę monofiletyczną (np. Berrill 1936, Plough 1978 w Stach i Turbeville 2002). Dopiero użycie technik filogenetycznych zarówno w kontekście cech morfologicznych (Stach i Turbeville 2002) jak i porównania sekwencji nukleotydowych (np. Wada 1998, Swalla et al. 2000, Stach i Turbeville 2002) obaliło pogląd o monofiletyzmie żachw. Dane molekularne wyraźnie wskazują, że sprzągle (Wada 1998, Swalla et al. 2000, Tsagkogeorga et al. 2009, Govindarajan et al. 2011) a byd może również ogonice (Stach i Turbeville 2002, 2005, Tsagkogeorga et al. 2009) są zakorzenione w obrębie żachw; z kladystycznego punktu widzenia Ascidiacea byłyby więc synonimem dla Tunicata. Wyniki analiz filogenetycznych (Fig. 18) z jednej strony wykazują parafiletyzm gromady Ascidiacea, z drugiej są do pewnego stopnia zgodne z dwoma najpopularniejszymi systemami klasyfikacji żachw systemem Perriera, opartym na położeniu gonad oraz systemem Lahille a, opartym na budowie kosza skrzelowego. Rząd Stolidobranchia (Pleurogona w systemie Periera) w większości analiz okazuje się grupą monofiletyczną, zawierającą w sobie trzy rodziny klasycznie zaliczane do tej grupy Molgulidae, Styelidae i Pyuridae (np. Swalla et al. 2000, Stach i Turbeville 2002, Tsagkogeorga et al. 2009). Często uzyskiwanym wynikiem jest również monofiletyzm rzędu Aplousobranchia (Stach i Turbeville 2002, 2005, Turon i Lopez-Legentil 2004, Tsagkogeorga et al. 2009), aczkolwiek jest to grupa o bardzo szybkim tempie ewolucji molekularnej (Tsagkogeorga et al. 2009) co może wprowadzad do analiz pewien szum filogenetyczny. Najmniej oczywista jest pozycja rzędu Phlebobranchia, a szczególne kontrowersje rodzi przynależnośd systematyczna rodziny Cionidae, istotnej ze względy na należący do niej popularny organizm modelowy Ciona intestinalis. Swalla z zespołem (2000) uzyskali drzewo filogenetyczne, na którym rząd Phlebobranchia stanowił grupę siostrzaną do sprzągli, a rodzina Cionidae była parafiletyczna względem pozostałych analizowanych przedstawicieli Phlebobranchia. W analizie tej nie zostali jednak uwzględnieni żadni przedstawiciele rzędu Aplousobranchia. 41

42 Figura 18. Porównanie topologii molekularnych drzew filogenetycznych osłonic uzyskanych przez różne zespoły badawcze. Liczby w nawiasach oznaczają liczbę sekwencji w danym taksonie. A., B., Analiza z wykorzystaniem sekwencji 18S rdna. C. Analiza z wykorzystaniem sekwencji podjednostki I cytochromu c. D. Analiza z wykorzystaniem sekwencji 18S rdna z wykluczonymi sekwencjami szybko ewoluującymi. Zupełnie odmienne były wyniki uzyskane przed Stacha i Turbevilla (2002, 2005), którzy po raz pierwszy uwzględnili gatunki zaliczane do Aplosuobranchia. W ich analizach monofiletyczne Phlebobranchia były siostrzane do Thaliacea, ten klad z kolei grupował się ze Stolidobranchia a najbardziej zewnętrznie położona była grupa Aplousobranchia+Appendicularia; rodzina Cionidae okazywała się zaś polifiletyczna. Turon i Lopez-Legentil (2004) skupili się w swojej analizie na filogenezie samych żachw, dlatego nie uwzględnili sekwencji pochodzących od sprzągli ani ogonic. Uzyskali oni drzewo na którym Phlebobranchia były grupą siostrzaną do Aplousobranchia (potwierdzając tym samym istnienie rzędu Enterogona), natomiast rodzina Cionidae znalazła się jako grupa siostrzana do pozostałych Aplousobranchia. Jest to zgodne z zaproponowanym przez Hawkinsa z zespołem (1983) znaczeniem 42

43 systematycznym stopnia utlenienia wanadu występującego w tkankach Enterogona u przedstawicieli Cionidae, podobnie jak u Aplousobranchia, wanad występuje na IV stopniu utlenienia, u pozostałych Phlebobranchia na III. W najbardziej kompleksowej analizie (110 uwzględnionych taksonów) Tsagkogeorga et al. (2009) uzyskali bazalną trychotomię pomiędzy Phlebobranchia, Aplousobranchia i Thaliacea, z rodziną Cionidae w obrębie rzędu Phlebobranchia. Aczkolwiek po usunięciu szybko ewoluujących przedstawicieli Aplousobranchia (autorzy pozostawili jedynie dwóch przedstawicieli rodziny Clavellinidae) uzyskana topologia była drastycznie różna. Przedstawiciele rodziny Cionidae znaleźli się jako grupa siostrzana do Thaliacea, natomiast pozostałe Phlebobranchia były parafiletyczne względem Aplousobranchia. Wymienione wątpliwości wokół systematyki filogenetycznej żachw wskazują na pewne zasadnicze problemy wynikające z użycia metod filogenetyki molekularnej. Z jednej strony konstruowane drzewa są podatne na błędy związane z szybko ewoluującymi sekwencjami, z drugiej nieuwzględnianie pewnych taksonów w analizach uniemożliwia rozpoznanie grup parafiletycznych. Aby uzyskad pełniejszy i pewniejszy obraz filogenezy osłonic należy więc nie tylko zwiększad bazę dostępnych sekwencji, ale również dobierad analizowane sekwencje po kątem ich taksonomicznej reprezentatywności i tempa ewolucji Główne linie ewolucyjne żachw Chod, jak starałem się wykazad powyżej, relacje filogenetyczne w obrębie żachw są trudne do ustalenia a topologia ich drzewa filogenetycznego pozostaje sporna, to jednak da się wyróżnid kilka monofiletycznych linii ewolucyjnych i jest możliwe określenie pewnych trendów ewolucyjnych w poszczególnych wyróżnianych grupach systematycznych osiadłych osłonic (Fig. 19). Rząd Stolidobranchia jest grupą monofiletyczną o prawdopodobnie siostrzanej relacji do pozostałych żachw (np. Zeng i Swalla 2005, Tsagkogeorga et al. 2009, Tatian et al. 2011). Apomorfiamii dla przedstawicieli tej grupy jest występowanie plikacji w koszu skrzelowym, nieparzysty rudyment atrialny, pleurogoniczne położenie gonad, gruczoł neuralny położony dorsalnie w stosunku do zwoju mózgowego oraz U-kształtne ujście urzęsionego przewodu neuralnego (Fig. 19). W obrębie Stolidobranchia da się wyróżnid dwa klady (np. Zeng et al. 2006, Tsagkogeorga et al. 2009) jeden stanowi rodzina Molgulidae, drugi rodzina Pyuridae i wywodząca się z niej rodzina Styelidae. Pierwotni przedstawiciele Stolidobranchia byli zapewne organizmami osobniczymi, a tworzenie kolonii pojawiło się w ewolucji tych żachw tylko raz w linii należącej do rodziny Styelidae (Zeng et al. 43

44 2006). W obrębie rodziny Molgulidae najważniejszą autapomorfią jest występowanie woreczka nerkowego (Kott 1989, Stach i Turbeville 2002). Klasycznie rozumiany rząd Phlebobranchia (zawierający rodzinę Cionidae) może byd parafiletyczny względem Thaliacea (Tsagkogeorga et al. 2009) i Aplousobranchia (Turon i Lopez-Legentil 2004, Tsagkogeorga et al. 2009, Govindarajan et al. 2011) można więc założyd, że zestaw cech charakterystycznych dla przedstawicieli tego rzędu jest plezjomorficzny jeśli nie dla wszystkich żachw, to przynajmniej dla kladu Phlebobranchia+Aplousobranchia+Thaliacea. Podobne wnioski wyciągnął Berrill (1936), który porównując morfologię żachw zwrócił uwagę na bazalny charakter przedstawicieli rodziny Cionidae. Ostatni przodek kladu Phlebobranchia+Aplousobranchia+Thaliacea był więc zapewne zwierzęciem przypominającym osobniczych przedstawicieli dzisiejszych Phlebobranchia. Figura 19. Scenariusz ewolucji osłonic. Proponowane apomorfie na każdym z węzłów: 1. Osiadły tryb życia, celulozowa tunika, kijankowata larwa, kosz skrzelowy otoczony atrium. 2. Progeneza, wytwarzanie domku, ogon obrócony o 90 w lewo, redukcja atrium. 3. Plikacja w koszu skrzelowym, gonady pleurogoniczne, nieparzysty rudyment atrialny, rozgałęzione czułki syfonu oralnego. 4. Woreczek nerkowy. 5. Gonady enterogoniczne, parzysty rudyment atrialny, wanadocyty z wanadem na III stopniu utlenienia. 6. Kolonialnośd, planktonowy tryb życia, utrata kijankowatej larwy (?), utrata wanadocytów (?). 7. Pasy mięśniowe, przemiana pokoleo. 8. Polimorfizm zooidów w koloniach, specjalizacja zooidów, wtórnie ogoniasta larwa (?). 9. Redukcja kosza skrzelowego, redukcja narządu koronalnego. 10. Kolonialnośd, uproszczenie kosza skrzelowego, wanadocyty z wanadem na IV stopniu utlenienia, jelito i gonady położone za koszem skrzelowym, ogon larwy obrócony o 90 w lewo. 44

45 W obrębie rzędu Aplousobranchia, którego wszyscy przedstawiciele wykazują mniej lub bardziej zaawansowaną kolonijnośd, widad trend ewolucyjny polegający na coraz większej integracji kolonii i upraszczaniu poszczególnych zooidów (Fig. 20). Prawdopodobnie związana jest z tym prosta budowa kosza skrzelowego żachw należących do tego rzędu, która jest uważana za stan zaawansowany ewolucyjnie (Moreno i Rocha 2008). Również podział ciała na częśd przednią (thorax), zawierającą kosz skrzelowy i wydłużoną częśd tylną (abdomen), zawierającą pętle jelita, gonady i serce, jest uważany za autapomorfię tej grupy (Monniot i Monniot 1972 w Moreno i Rocha 2008, Stach i Turbeville 2002), będącą przystosowaniem do kolonijnego trybu życia (lepsze upakowanie zooidów w kolonii). Podział taki występuje wprawdzie jeszcze u rodziny Diazonidae (rząd Phlebobranchia), ale rodzina ta, podobnie jak Cionidae, bywa zaliczana do Aplousobranchia (np. Turon i Lopez-Legentil 2004). Kolejne apomorfie dla Aplousobranchia są związane z budową kijankowatej larwy jej ogon ulega rotacji o 90 o w lewo (Stach 2007) a umożliwiające adhezję do podłoża brodawki są ułożone w wertykalnej linii i są wynicowywane (Stach i Turbeville 2002). Występowanie we krwi tych żachw wanadu na IV stopniu utlenienia jest również cechą charakterystyczną, łączącą przedstawicieli Aplousobranchia z rodziną Cionidae. Wydaje się, że w linii ewolucyjnej Aplosuobranchia da się wyróżnid gradient ewolucyjny, polegający na przejściu od wydajnej regeneracji do kolonialności o zwiększającym się stopniu integracji między osobnikami oraz na postępującym podziale ciała na części. Przedstawiciele rodziny Cionidae są osobniczy, ale charakteryzują się dużymi zdolnościami regeneracyjnymi związanymi z epicardium (Turon i Lopez-Legentil 2004, Moreno i Rocha 2008), a pętla ich jelita jest położona częściowo za koszem skrzelowym (Moreno i Rocha 2008). U przedstawicieli rodziny Diazonidae ciało wyraźnie podzielone jest na dwie części a niektóre gatunki tworzą proste kolonie (Turon i Lopez-Legentil 2004). Nieco bardziej zaawansowane w kierunku kolonialności są żachwy z rodzin Clavelinidae i Pycnoclavellidae, których wszyscy przedstawiciele tworzą kolonie o niskim stopniu integracji (osobne zooidy wyrastające ze wspólnego stolonu) a bezpłciowy wzrost kolonii związany jest z totipotencjalnymi komórkami epicardium (Turon i Lopez-Legentil 2004). U przedstawicieli Clavelinidae bezpłciowe rozmnażanie kolonii zachodzi w niesprzyjających warunkach (Berrill 1935) i towarzyszy mu obumieranie starych osobników rodzicielskich. Kosz skrzelowy U Clavelinidae i Pycnoclavellidae jest już prosto zbudowany i organizmy te były tradycyjnie zaliczane do Aplousobranchia (w przeciwieostwie do Cionidae i Diazonidae z koszem skrzelowym typowym dla Phlebobranchia). U najbardziej zaawansowanych przedstawicieli Aplousobranchia pączkowanie odbywa się również przy udziale tkanek epicardium, natomiast zooidy są zminiaturyzowane i zamknięte we wspólnej tunice, występuje też u nich często trzecia częśd ciała leżąca za pętlą jelita (postabdomen), w której znajduje się serce i gonady (Berrill 1935). 45

46 Figura 20. Proponowany kierunek ewolucji osłonic z linii Aplousobranchia: A. Ciąg od agregacji płciowo rozmnażających się osobniczych żachw (stan zachowany np. w rodzinie Cionidae), przez luźno zintegrowane kolonie bezpłciowo powstających zooidów połączonych stolonem (stan zachowany np. w rodzinie Clavelinidae) po ściśle zintegrowane kolonie klonalnych zooidów (stan np. w rodzinie Didemnidae). (Zdjęcia z na licencji Creative Commons.) B. Redukcja kosza skrzelowego i podział ciała na dwie części jako trend ewolucyjny związany z rozwojem kolonialności i miniaturyzacją osobników. Od lewej Ciona intestinalis (rodzina Cionidae), Clavelina lepadifornis (rodzina Clavelinidae) i Archidistoma aggregatum (rodzina Polycitoriade). (C. intestinali na podstawie Millar C. lepadifornis i A. aggregatum na podtawie Berrill 1935.) 46