„Zdumiewające” skamieniałe mózgi sprzed 500 milionów lat skłaniają do ponownego przemyślenia ewolucji owadów i pająków

Pradawny trójoki drapieżnik ujawnia kluczowe informacje na temat ewolucji planu budowy ciała stawonogów.

Nowe badania opierają się na pamięci podręcznej skamieniałości zawierających mózg i układ nerwowy półmiliardowego morskiego drapieżnika z łupków Burgess o nazwie Stanley Karis Odsłonięty przez Royal Ontario Museum (ROM). Należy do pradawnej, wymarłej gałęzi drzewa ewolucyjnego stawonogów zwanego Radiodonta, Stanley Karis Jest blisko spokrewniony ze współczesnymi owadami i pająkami. Odkrycia te rzucają światło na rozwój mózgu, wzrok i strukturę głowy stawonogów.

„Szczegóły są tak jasne, jakbyśmy patrzyli na zwierzę, które zmarło wczoraj”.

– Józef Moiseuk

Wyniki zostały ogłoszone w artykule badawczym „Trzyoki radiogramy z neuroanatomią kopalną informują o pochodzeniu i segmentacji głowy stawonogów” opublikowanym 5 lipca 2022 r. w czasopiśmie Science. aktualna biologia.

Para kopalnych okazów Stanleycaris hirpex, okaz ROMIP 65674.1-2. Źródło obrazu: Jean-Bernard Caron, © Royal Ontario Museum

Naukowców najbardziej interesuje to, co jest w środku Stanley Karis’ głowa. Pozostałości mózgu i nerwów są nadal zachowane po 506 milionach lat w 84 skamieniałościach.

„Chociaż skamieniałe mózgi z okresu kambryjskiego nie są nowe, odkrycie to wyróżnia się niesamowitą jakością zachowania i dużą liczbą okazów” – powiedział Joseph Moisiuk, główny autor badań i University of Toronto (Uniwersytet Toronto). Doktorantka w dziedzinie ekologii i biologii ewolucyjnej w Royal Ontario Museum. „Możemy nawet dostarczyć drobnych szczegółów, takich jak centra przetwarzania wizualnego, które obsługują duże oczy i ślady nerwów wchodzących do przydatków. Szczegóły są tak wyraźne, jakbyśmy patrzyli na zwierzę, które zmarło wczoraj”.

Animacja na gramofonie Stanleycaris hirpex, w tym przezroczystość pokazująca narządy wewnętrzne. Źródło: Animacja Sabriny Cappelli © Królewskie Muzeum Ontario

Nowe skamieniałości ujawniają, że mózg Stanley Karis Składał się z dwóch części, protocerebrum, przyczepionego do oczu i deutocerebrum, przyczepionego do przednich pazurów.

„Dochodzimy do wniosku, że dwuczęściowa głowa i mózg mają głębokie korzenie w rodowodzie stawonogów i że ich ewolucja prawdopodobnie poprzedzała trzyczęściowy mózg, który charakteryzuje wszystkie żywe narządy w tym zróżnicowanym typie zwierzęcym” – dodał Moiseuk.

U współczesnych stawonogów, takich jak owady, mózg składa się z protocerebrum, deutocerebrum i tritocerebrum. Chociaż różnica w klipie może nie wydawać się zmianą gry, w rzeczywistości ma drastyczne implikacje naukowe. Ponieważ w ich podzielonych na segmenty ciałach można znaleźć powtarzające się kopie wielu członków stawonogów, wiedza o tym, jak części ułożone są w jednej linii między różnymi gatunkami, jest kluczem do zrozumienia, jak te struktury różniły się w grupie.

„Podobnie jak kamień z Rosetty, te skamieliny pomagają połączyć cechy grzejników i innych wczesnych stawonogów z ich odpowiednikami w grupach, które przeżyły”.

Rekonstrukcja pary hirpexów Stanleycaris; Górna osoba ma zwiększoną zewnętrzną przezroczystość, aby pokazać narządy wewnętrzne. Układ nerwowy jest ukazany w kolorze jasnobeżowym, a układ pokarmowy w kolorze ciemnoczerwonym. Źródło: Ilustracja autorstwa Sabriny Cappelli © Królewskie Muzeum Ontario

Plus para tropiących oczu, Stanley Karis Posiada duże centralne oko z przodu głowy, cechę nie obserwowaną wcześniej w radiologii. Posiadanie ogromnego trzeciego oka w Stanley Karis To było nieoczekiwane. Potwierdza to, że zwierzęta te wyglądały bardziej egzotycznie, niż nam się wydawało, ale także pokazuje nam, że najwcześniejsze stawonogi wyewoluowały tak różnorodne, jak wiele złożonych systemów wizualnych, jak wielu ich współczesnych krewnych” – powiedział dr Jean-Bernard Caron, Richard Ivey z ROM. Kurator Paleontologii Bezkręgowców i promotor doktora Moysiuka Karon, który jest również profesorem nadzwyczajnym na U of T, dodał, że z ekologii, ewolucji i nauk o Ziemi.

Streszczenie artykułu, ilustrujące interpretację układu nerwowego ze skamieniałości Stanleya Karisa i jej implikacje dla zrozumienia rozwoju mózgu stawonogów. Mózg jest przedstawiony na czerwono, a sznury nerwowe na fioletowo. Źródło obrazu: Jean-Bernard Caron © Królewskie Muzeum Ontario

W okresie kambryjskim Radiodonty obejmowały jedne z największych zwierząt znalezionych w okolicy, z ich słynnymi „dziwnymi cudami” anomalocaris Osiąga długość co najmniej jednego metra. o długości nie większej niż 20 cm, Stanley Karis Był mały jak na swój zasięg, ale w czasach, gdy większość zwierząt nie była większa od ludzkiego palca, byłby imponującym drapieżnikiem. Stanley KarisDobrze rozwinięty układ czuciowy i nerwowy umożliwiłby im sprawną selekcję małych ofiar w ciemności.

Rekonstrukcja hirpeksa Stanleycaris. Źródło zdjęcia: Sztuka autorstwa Sabriny Cappelli © Królewskie Muzeum Ontario

Z dużymi złożonymi oczami, cudownie wyglądającymi okrągłymi ustami z zębami, przednimi pazurami z imponującym zestawem kolców i elastycznym ciałem podzielonym serią klap pływających po obu stronach, Stanley Karis Dla każdego małego mieszkańca na dole, który miał pecha, by stanąć mu na drodze, byłby to koszmar.

O muszli Burgess

W tym celu Moysiuk i Caron przeanalizowali wcześniej niepublikowany zestaw 268 próbek Stanley Karis. Skamieniałości zostały zebrane głównie w latach 80. i 90. z warstw skał nad słynnym kamieniołomem Walcott Quarry w Burgess Shale w Parku Narodowym Yoho w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie i są częścią obszernej kolekcji skamieniałości z łupków Burgess znalezionych w ROM.

Stanowiska skamielin z łupków Burgess znajdują się w parkach narodowych Yoho i Kootenay i są zarządzane przez Parks Canada. Parks Canada z dumą współpracuje z czołowymi naukowcami w celu poszerzenia wiedzy i zrozumienia tego kluczowego okresu w historii Ziemi oraz dzielenia się tymi miejscami ze światem poprzez nagradzane piesze wycieczki. Łupek Burgess został wpisany na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO w 1980 roku ze względu na jego wyjątkową uniwersalną wartość i jest obecnie częścią największego światowego dziedzictwa dla parków Canadian Rockies.

skamieniałości Stanley Karis Widzowie mogą to zobaczyć w nowym pokazie skamielin z Burgess Shale pod adresem: Galeria Wellner Madge, Świt życia w pamięci ROM.

Odniesienie: „Promieniowanie trójoczne ze skamieniałą neuroanatomią mówi o pochodzeniu i segmentacji głowy stawonogów” Joseph Moisiuk i Jean-Bernard Caron, 8 lipca 2022 r., aktualna biologia.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Główne wsparcie finansowe na badania pochodziło od Narodowej Rady ds. Badań Naukowych i Inżynierii w Kanadzie, poprzez grant Vanier Canada Graduate Grant dla Moysiuka i Discovery Grant (nr 341944) dla Carona.