Comparative study on the nervous system of Tunicata to elucidate tunicate phylogeny and character transformations
Creators: name: Braun, Katrin
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2019
Subjects: subject: Evolution der Chordata
subject: Serotonin in Tunicata
subject: Urochordata
subject: Neuralkomplex Tunicata
subject: chordate evolution
subject: serotonin in tunicates
subject: tunicate neural complex
subject: 596 Chordata (Chordatiere)
subject: WW 2226
subject: WR 1100
subject: WH 8700

description: Tunicata umfasst 3000 marine Arten, mit sehr unterschiedlichen Lebensstrategien. Als eines der drei großen Taxa innerhalb der Chordata, stellt die Evolution der Tunikaten eine Schlüsselkomponente bei der Aufklärung der Evolution der Chordaten und Cranioten dar. Dafür ist ein Verständnis der Merkmalstransformationen innerhalb der Tunikaten notwendig. Leider sind die internen Verwandtschaftsverhältnisse der fünf großen Tunikatentaxa in verschiedenen molekularphylogenetischen Studien widersprüchlich. Bisher gibt es nur wenige morphologische phylogenetische Analysen. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung neuroanatomischer Merkmale, da das Nervensystem wahrscheinlich phylogenetische Informationen enthält. Durch das Anwenden moderner morphologischer Methoden, wie hochauflösende konfokale Laserscan- und Elektronenmikroskopie (REM und TEM), und 3d Rekonstruktionen basierend auf lichtmikroskopischen Schnitten, wurde die Verfügbarkeit neuroanatomischer Daten wesentlich verbessert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Variation neuroanatomischer Merkmale größer ist als bisher angenommen und dass sich die Gehirnanatomie und die Verteilung von Neurotransmittern in den zwei Stadien der Thaliaceen unterscheidet. Neue unabhängige Merkmale des Nervensystems wurden in einer Matrix kodiert. Ergänzt mit traditionellen in der Tunikatentaxonomie verwendeten Merkmalen, entstand die bisher umfangreichste morphologische Datenmatrix, die 116 Merkmale für insgesamt 54 Arten umfasst. Die kladistische Analyse ergab monophyletische Tunicata, in denen die Appendicularia die Schwestergruppe der übrigen Tunikaten bildet. Ascidiacea ist monophyletisch, während „Thaliacea“ paraphyletisch ist. Zusätzlich wurde eine kombinierte phylogenetische Analyse basierend auf den morphologischen Daten und 18S rDNA-Sequenzen durchgeführt. Eine stufenweise stärkere Gewichtung phänotypischer Merkmale zeigt, dass die morphologischen Daten das Ergebnis der kladistischen Analyse stark beeinflussen.
description: Tunicata comprises 3000 marine species with diverse life-history strategies. As one of the three major chordate taxa, the evolution of tunicates plays a key role to elucidate chordate and craniate evolution. Therefore, a broader understanding of character transformations within tunicates is essential, but the interrelationships of the five main tunicate subtaxa in previous molecular phylogenetic analyses were contradictory. Morphological phylogenetic analyses are rare. In this comparative study emphasis was given to neuroanatomical characters, as the nervous system probably contains phylogenetic information. Applying modern morphological techniques like high-resolution confocal laser scanning microscopy and electron microscopy (SEM and TEM), serial sectioning for light microscopy, and digital 3d reconstruction, the number of available tunicate neuroanatomical data was considerably increased. It was revealed that the variation of neuroanatomical characters is higher than previously assumed, a specific pattern of serotonin-like immunoreactive cells in ascidians is present, and that brain anatomy and distribution of neurotransmitters in the two thaliacean life-cycle stages differs. Novel independent characters of the central nervous system were coded in a matrix for a cladistic analysis. Including traditional morphological from tunicate literature this effort resulted in the largest morphological data matrix to date, containing 116 phenotypic characters and 54 species. The cladistic analysis resulted in monophyletic Tunicata, with Appendicularia the sister taxon to the remaining tunicates. Furthermore, the monophyly of Ascidiacea is supported, whereas “Thaliacea” are paraphyletic. An additional phylogenetic analysis combining morphological and 18S rDNA-sequence data was performed. A reevaluation of this dataset with a successively increased weighting of the phenotypic data showed that morphological data strongly influence the outcome of the cladistic analysis.