“Дивовижні” скам’янілі мізки, які датуються 500 мільйонами років тому, спонукають до переосмислення еволюції комах і павуків

Стародавній триокий хижак розкриває ключову інформацію про еволюцію плану тіла членистоногих.

Нове дослідження ґрунтується на сховищі скам’янілостей, що містять мозок і нервову систему морського хижака віком півмільярда років із сланцю Берджесс під назвою Стенлі Каріс Представлено Королівським музеєм Онтаріо (ROM). Він належить до давньої вимерлої гілки еволюційного дерева членистоногих під назвою Radiodonta, Стенлі Каріс Він близький до сучасних комах і павуків. Ці відкриття проливають світло на розвиток мозку членистоногих, зір і будову голови.

«Деталі настільки чіткі, ніби ми дивимося на тварину, яка померла вчора».

– Йосип Мойсеюк

Результати були оголошені в дослідницькій статті «Трьохочні рентгенограми з викопною нейроанатомією інформують про походження та сегментацію голови членистоногих», опублікованій 5 липня 2022 року в журналі Science. сучасна біологія.

Пара викопних зразків Stanleycaris hirpex, зразок ROMIP 65674.1-2. Джерело зображення: Жан-Бернар Карон, © Королівський музей Онтаріо

Найбільше вчених цікавить те, що всередині Стенлі Каріс‘ керівник. Залишки мозку та нервів все ще зберігаються через 506 мільйонів років у 84 скам’янілостях.

«Хоча скам’янілі мізки кембрійського періоду не є новими, це відкриття виділяється дивовижною якістю збереження та великою кількістю зразків», — сказав Джозеф Мойсюк, провідний автор дослідження та Університет Торонто (U of T). Доктор філософії з екології та еволюційної біології в Королівському музеї Онтаріо. «Ми навіть можемо надати дрібні деталі, такі як центри обробки зору, які обслуговують великі очі, і сліди нервів, що входять у придатки. Деталі настільки чіткі, ніби ми дивимося на тварину, яка померла вчора».

Анімація вертушки Stanleycaris hirpex, включаючи прозорість для показу внутрішніх органів. Авторство: анімація Сабріни Каппеллі © Королівський музей Онтаріо

Нові скам’янілості показують, що мозок Стенлі Каріс Він складався з двох частин — протоцеребрума, прикріпленого до очей, і дейтоцеребрума, прикріпленого до передніх кігтів.

«Ми робимо висновок, що голова та мозок, що складається з двох частин, мають глибоке коріння в родоводі членистоногих і що їх еволюція, ймовірно, передувала трисекційному мозку, який характеризує всі живі органи цього різноманітного типу тварин», — додав Мойсюк.

У сучасних членистоногих, таких як комахи, мозок складається з протоцеребрума, дейтоцеребрума і тритоцеребрума. Незважаючи на те, що різниця в кліпі не може здатися кардинальною, насправді вона має серйозні наукові наслідки. Оскільки повторювані копії багатьох членистоногих можна знайти в їхніх сегментованих тілах, знання того, як частини розташовані між різними видами, є ключовим для розуміння того, як ці структури змінювалися в групі.

«Як і Розеттський камінь, ці скам’янілості допомагають зв’язати ознаки радіаторів та інших ранніх членистоногих з їхніми аналогами в групах, що вижили».

Реконструкція пари Stanleycaris hirpex; Верхня особина має підвищену зовнішню прозорість, щоб було видно внутрішні органи. Нервова система зображена світло-бежевим кольором, а травна система темно-червоним. Авторство: ілюстрація Сабріни Каппеллі © Королівський музей Онтаріо

Плюс пара спостерігаючих очей, Стенлі Каріс Він має велике центральне око в передній частині голови, особливість, яку раніше не спостерігали в радіології. Маючи величезне третє око Стенлі Каріс Це було неочікувано. Це підтверджує, що ці тварини виглядали більш екзотично, ніж ми думали, але також показує нам, що найдавніші членистоногі насправді розвинулися так само різноманітно, як багато складних зорових систем, як і багато їхніх сучасних родичів», — сказав доктор Жан-Бернард Карон, Річард Айві з ROM. Куратор палеонтології безхребетних і науковий керівник Мойсюка. Карон, який також є доцентом Університету Т, додав, з екології, еволюції та наук про Землю.

Анотація доповіді, яка ілюструє інтерпретацію нервової системи за скам’янілостями Стенлі Каріса та її значення для розуміння розвитку мозку членистоногих. Головний мозок зображено червоним кольором, а нервові струни – фіолетовим. Джерело зображення: Жан-Бернар Карон © Королівський музей Онтаріо

У кембрійський період радіодонти включали деякі з найбільших тварин, знайдених навколо, з їхніми знаменитими «дивними дивами» anomalocaris У довжину досягає не менше одного метра. довжиною не більше 20 см, Стенлі Каріс Він був невеликим для свого ареалу, але в той час, коли більшість тварин не перевищували людський палець, він був би вражаючим хижаком. Стенлі КарісДобре розвинені сенсорні та нервові системи дозволили б їм ефективно вибирати дрібну здобич у темряві.

Реконструкція Stanleycaris hirpex. Авторство зображення: мистецтво Сабріни Каппеллі © Королівський музей Онтаріо

З великими складними очима, дивовижним круглим ротом із зубами, передніми кігтями з вражаючим набором колючок і гнучким тілом, розділеним низкою клаптів, що плавають з обох боків, Стенлі Каріс Це було б кошмаром для будь-якого маленького мешканця на дні, якому не пощастило перетнути його шлях.

Про Burgess Shell

Для цього дослідження Мойсюк і Карон вивчили раніше неопублікований набір із 268 зразків Стенлі Каріс. Скам’янілості були зібрані в основному в 1980-х і 1990-х роках із шарів гірських порід над знаменитим місцем кар’єру Уолкотта в Берджесс-Шейл у національному парку Йохо, Британська Колумбія, Канада, і є частиною великої колекції скам’янілостей Берджесс-Шейл, знайдених у ПЗУ.

Місцезнаходження копалин Burgess Shale розташовані в національних парках Йохо та Кутеней і перебувають під управлінням парків Канади. Парки Канади пишаються тим, що співпрацюють із провідними науковими дослідниками, щоб розширити знання та розуміння цього ключового періоду в історії Землі та поділитися цими місцями зі світом через відзначені нагородами пішохідні екскурсії. У 1980 році гору Берджесс було включено до списку Всесвітньої спадщини ЮНЕСКО через її виняткову універсальну цінність і зараз є частиною найбільшого об’єкта Всесвітньої спадщини для парків канадських Скелястих гір.

скам’янілості Стенлі Каріс Його можуть побачити глядачі в новому шоу копалин Burgess Shale на Галерея Wellner Madge, Dawn of Life в ПЗУ.

Довідка: «Триокулярне випромінювання зі скам’янілою нейроанатомією говорить про походження та сегментацію голови членистоногого» Джозефа Мойсюка та Жана-Бернара Карона, 8 липня 2022 р. сучасна біологія.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Велика підтримка фінансування досліджень надійшла від Національної ради наукових та інженерних досліджень Канади через грант Vanier Canada Graduate Grant для Мойсюка та грант Discovery (№ 341944) для Caron.