Gossamer worm diversity (Annelida; Tomopteridae): resolving species of a holopelagic polychaete

De open oceaan is het grootste habitat op aarde, een enorme, donkere watermassa die zich uitstrekt van het zonovergoten oppervlak tot aan de zeebodem. Lange tijd namen wetenschappers aan dat dieren die in dit middelste rijk leven, ver van de kust en de bodem, weinig in aantal waren en over enorme afstanden verspreid leefden. De logica leek sluitend: zonder landbarrières om hen tegen te houden, zouden deze wezens vrij door de hele wereld moeten zwemmen, waardoor ze overal algemeen voorkomend zouden zijn. Deze aanname rustte echter op een gebrek aan gegevens. De diepe oceaan is moeilijk te bereiken en de dieren die daar leven zijn vaak fragiel, transparant en moeilijk te bestuderen. Wanneer onderzoekers er wel in slagen hen te verzamelen, zijn de exemplaren vaak beschadigd, wat het bijna onmogelijk maakt om met traditionele methoden het ene soort van het andere te onderscheiden. Deze kenniskloof betekent dat we waarschijnlijk een zeer gebrekkig begrip hebben van hoeveel verschillende soorten leven er daadwerkelijk bestaan in de diepzee, en hoe die wezens interageren met de klimaat- en chemische cycli van de planeet.

Een team van onderzoekers van het Smithsonian National Museum of Natural History zette zich in om dit puzzelstukje op te lossen voor een specifieke groep wormen, de slierige wormen (gossamer worms). Deze wezens behoren tot een familie die bekend staat als Tomopteridae. Ze komen overal ter wereld in de oceanen voor, levend van het oppervlak tot op dieptes van bijna 2.700 meter. Ze zijn gemakkelijk te herkennen aan hun transparante, gelatineuze lichamen, lange, peddelachtige aanhangsels en een paar kenmerkende "snorharen" die uit hun kop steken. Ondanks dat ze algemeen voorkomen, is hun classificatie een puinhoop geweest. De meeste soortbeschrijvingen die de afgelopen eeuw zijn geschreven, zijn incompleet of tegenstrijdig, en de originele exemplaren die werden gebruikt om ze te definiëren zijn vaak verloren gegaan of in zo's slechte staat dat ze niet voor vergelijking kunnen worden gebruikt. Omdat deze wormen zo eenvoudig van uiterlijk zijn en zo gemakkelijk beschadigd raken, hebben wetenschappers moeite gehad om te tellen hoeveel verschillende soorten er daadwerkelijk bestaan, waarbij ze vaak aannamen dat één naam van toepassing is op wormen die in de Atlantische, de Pacific en de Indische Oceaan worden gevonden.

Om deze verwarring weg te nemen, pasten de onderzoekers een strategie toe die bekend staat als "reverse taxonomy" (omgekeerde taxonomie). In plaats van te beginnen met een fysieke beschrijving en te proberen een worm te benoemen, begonnen ze met de genetische code van de worm. Ze verzamelden meer dan 300 exemplaren van verschillende locaties, waaronder de Pacifische kust van de Verenigde Staten, de Golf van Californië, de Noord-Atlantische Oceaan en de Zuidelijke Oceaan. Met behulp van onderwaterrobots (remotely operated vehicles) en gespecialiseerde netten verzamelden ze deze fragiele dieren, fotografeerden ze terwijl ze nog leefden om hun ware kleuren en vormen vast te leggen, en conserveerden ze vervolgens weefselmonsters voor genetische analyse. Het team sequentieerde vijf verschillende delen van het DNA van de wormen, waardoor een genetisch profiel voor elk individu werd gecreëerd. Vervolgens gebruikten ze computerprogramma's om deze wormen te groeperen op basis van hoe vergelijkbaar hun genetische codes waren, om effectief een stamboom op te bouwen om te zien welke wormen nauw verwant waren en welke verschillend waren.

De resultaten onthulden een verborgen wereld van diversiteit. De genetische analyse toonde aan dat de wormen niet in slechts enkele brede categorieën vielen zoals voorheen gedacht. In plaats daarvan identificeerden de onderzoekers ten minste 20 verschillende groepen, of vermeende soorten (putative species), die goed werden ondersteund door de genetische gegevens. Alleen al in de Noordelijke Stille Oceaan vonden ze 18 verschillende groepen waar voorheen slechts acht soorten officieel waren beschreven. Dit suggereert dat de huidige lijst van bekende slierige wormen meer dan de helft van de soorten die daadwerkelijk in die regio leven, mist. De studie bracht ook ten minste drie groepen aan het licht die blijkbaar geheel nieuw zijn voor de wetenschap, zonder overeenkomstige namen in de bestaande literatuur.

De onderzoekers controleerden vervolgens of deze genetische groepen overeenkwamen met fysieke verschillen. Ze bekeken de foto's en de geconserveerde exemplaren om te zien of de genetisch onderscheidende groepen unieke fysieke eigenschappen hadden. Ze kwamen tot de conclusie dat het antwoord "ja" was. Specifieke kenmerken, zoals het aantal lichaamssegmenten, de vorm van de zintuiglijke organen op de kop, de aanwezigheid of afwezigheid van een staart, en de rangschikking van kleine klieren op het lichaam, kwamen consequent overeen met de genetische groepen. Zo hadden sommige groepen een lange staart met aanhangsels, terwijl anderen helemaal geen staart hadden. Sommigen hadden helderrode of gele interne organen die zichtbaar waren door hun transparante huid, terwijl anderen egaal waren. Deze fysieke eigenschappen, die in het verleden vaak over het hoofd werden gezien of als te variabel werden beschouwd om nuttig te zijn, bleken betrouwbare manieren te zijn om de verschillende soorten te identificeren zodra de genetische groepen waren vastgesteld.

Een van de meest significante bevindingen was dat het idee van "cosmopolitische" soorten — wormen die overal ter wereld onder een enkele naam leven — waarschijnlijk onjuist is. De studie toonde aan dat veel van de groepen beperkt zijn tot specifieke oceaanbekkens of zelfs kleinere regio's. Zo waren sommige groepen alleen te vinden in de Noordelijke Stille Oceaan, terwijl andere beperkt waren tot de Atlantische Oceaan. Dit geeft aan dat de aanname dat deze wormen vrij door de hele wereld zwemmen onjuist is; in plaats daarvan worden ze vaak gescheiden door geografische barrières of oceaanstromingen, wat leidt tot de evolutie van onderscheidende soorten op verschillende plaatsen. Het onderzoek benadrukte ook dat sommige soorten over een breed bereik van dieptes kunnen leven, van het oppervlak tot meer dan 1.000 meter, terwijl anderen meer beperkt zijn.

Het artikel concludeert dat de traditionele manier van het benoemen van deze wormen, gebaseerd op enkel beschadigde exemplaren en vage beschrijvingen, niet langer voldoende is. De auteurs stellen dat de familie van de slierige wormen een volledige herziening nodig heeft. Ze stellen een nieuw kader voor waarbij wetenschappers een eenvoudige genetische test kunnen gebruiken, of een combinatie van genetische gegevens en specifie recente fysieke kenmerken, om deze wezens nauwkeurig te identificeren. Deze aanpak stelt onderzoekers in staat om voorbij de verwarring van het verleden te bewegen en de werkelijke diversiteit van het leven in de middenwaterkolom te gaan begrijpen. Door snelle genetische ontdekking te combineren met zorgvuldige observatie van fysieke kenmerken, biedt de studie een duidelijk pad vooruit om de miljoenen zachte, zwevende dieren in de diepe oceaan te catalogiseren, zodat de ware rijkdom van dit enorme habitat eindelijk wordt erkend.