«Удивительные» окаменевшие мозги возрастом 500 миллионов лет заставляют переосмыслить эволюцию насекомых и пауков

Древний трехглазый хищник раскрывает ключевую информацию об эволюции строения тела членистоногих.

Новое исследование основано на тайнике окаменелостей, содержащих мозг и нервную систему морского хищника возрастом полмиллиарда лет из сланцев Берджесс, называемого Стэнли Кэрис Представлен Королевским музеем Онтарио (ROM). Он принадлежит к древней вымершей ветви эволюционного древа членистоногих под названием Radiodonta. Стэнли Кэрис Он тесно связан с современными насекомыми и пауками. Эти находки проливают свет на развитие мозга членистоногих, зрение и структуру головы.

«Детали настолько ясны, как будто мы смотрим на животное, которое умерло вчера».

— Джозеф Моисеук

Результаты были объявлены в исследовательской статье «Рентгенограммы трех глаз с ископаемой нейроанатомией сообщают о происхождении и сегментации головы членистоногих», опубликованной 5 июля 2022 года в журнале Science. текущая биология.

Пара ископаемых экземпляров Stanleycaris hirpex, экз. ROMIP 65674.1-2. Источник изображения: Жан-Бернар Карон, © Королевский музей Онтарио.

Больше всего ученых интересует то, что внутри Стэнли Кэрис‘ глава. Остатки мозга и нервов до сих пор сохранились через 506 миллионов лет в 84 окаменелостях.

«Хотя окаменелые мозги кембрийского периода не новы, это открытие выделяется удивительным качеством сохранности и большим количеством образцов», — сказал Джозеф Моисюк, ведущий автор исследования и Университет Торонто (U of T). Кандидат наук в области экологии и эволюционной биологии, Королевский музей Онтарио. «Мы даже можем предоставить мелкие детали, такие как центры обработки изображений, которые обслуживают большие глаза, и следы нервов, входящих в придатки. Детали настолько четкие, как будто мы смотрим на животное, которое умерло вчера».

Анимация поворотного стола Stanleycaris hirpex, включая прозрачность для отображения внутренних органов. Предоставлено: анимация Сабрины Капелли © Королевский музей Онтарио.

Новые окаменелости показывают, что мозг Стэнли Кэрис Он состоял из двух частей: протоцеребрума, прикреплявшегося к глазам, и дейтоцеребрума, прикреплявшегося к передним клешням.

«Мы пришли к выводу, что голова и мозг, состоящие из двух частей, имеют глубокие корни в линии членистоногих и что их эволюция, вероятно, предшествовала трехсекционному мозгу, который характеризует все живые органы в этом разнообразном типе животных», — добавил Мойзеук.

У современных членистоногих, таких как насекомые, мозг состоит из протоцеребрума, дейтоцеребрума и тритоцеребрума. Хотя разница в клипе может показаться не революционной, на самом деле она имеет серьезное научное значение. Поскольку повторяющиеся копии многих членов членистоногих можно найти в их сегментированных телах, знание того, как части выстраиваются в линию между разными видами, является ключом к пониманию того, как эти структуры варьировались в пределах группы.

«Как и Розеттский камень, эти окаменелости помогают связать черты радиаторов и других ранних членистоногих с их аналогами в выживших группах».

Реконструкция пары Stanleycaris hirpex; Верхняя особь имеет повышенную внешнюю прозрачность, чтобы показать внутренние органы. Нервная система показана светло-бежевым цветом, а пищеварительная система — темно-красным. Предоставлено: Иллюстрация Сабрины Каппелли © Королевский музей Онтарио.

Плюс пара преследующих глаз, Стэнли Кэрис У него большой центральный глаз в передней части головы, что ранее не наблюдалось в радиологии. Имея огромный третий глаз в Стэнли Кэрис Это было неожиданно. Это подтверждает, что эти животные выглядели более экзотическими, чем мы думали, но также показывает нам, что самые ранние членистоногие на самом деле развили столь же разнообразные сложные зрительные системы, как и многие из их современных родственников», — сказал доктор Жан-Бернар Карон, Ричард Айви из ROM. Куратор отдела палеонтологии беспозвоночных и научный руководитель Мойсюка Карон, который также является адъюнкт-профессором Университета Т, добавил, в области экологии, эволюции и наук о Земле.

Резюме статьи, иллюстрирующей интерпретацию нервной системы по окаменелостям Стэнли Кэриса и ее значение для понимания развития мозга членистоногих. Мозг представлен красным цветом, а нервные тяжи — фиолетовым. Источник изображения: Жан-Бернар Карон © Королевский музей Онтарио.

В кембрийский период к радиодонтам относились одни из самых крупных животных, обитавших в округе, с их знаменитыми «странными чудесами». аномалокарис Достигает длины не менее одного метра. длиной не более 20 см, Стэнли Кэрис Он был небольшим для своего ареала, но в то время, когда большинство животных были не больше человеческого пальца, он был бы впечатляющим хищником. Стэнли КэрисХорошо развитая сенсорная и нервная системы позволили бы им эффективно выбирать мелкую добычу в темноте.

Реконструкция Stanleycaris hirpex. Изображение предоставлено: Искусство Сабрины Каппелли © Королевский музей Онтарио

С большими сложными глазами, чудесно выглядящим круглым ртом, выложенным зубами, передними когтями с впечатляющим набором шипов и гибким телом, разделенным серией плавающих по обеим сторонам крыльев. Стэнли Кэрис Это было бы кошмаром для любого маленького обитателя дна, которому не посчастливилось пересечь его дорогу.

О Берджесс Шелл

Для этого исследования Мойсюк и Карон изучили ранее не публиковавшийся набор из 268 образцов Стэнли Кэрис. Окаменелости были собраны в основном в 1980-х и 1990-х годах из слоев горных пород над знаменитым карьером Уолкотт в сланцах Берджесс в национальном парке Йохо, Британская Колумбия, Канада, и являются частью обширной коллекции окаменелостей сланцев Берджесс, найденных в ПЗУ.

Месторождения ископаемых сланцев Берджесс расположены в национальных парках Йохо и Кутеней и находятся в ведении Parks Canada. Parks Canada гордится тем, что работает с ведущими учеными-исследователями, чтобы расширить знания и понимание этого ключевого периода в истории Земли и поделиться этими местами с миром посредством отмеченных наградами пешеходных экскурсий. В 1980 году сланцы Берджесс были внесены в список Всемирного наследия ЮНЕСКО из-за своей выдающейся универсальной ценности и теперь являются частью крупнейшего объекта всемирного наследия для парков канадских Скалистых гор.

окаменелости Стэнли Кэрис Зрители могут увидеть ее на новом шоу окаменелостей Burgess Shale в Галерея Wellner Madge, Рассвет жизни в ПЗУ.

Ссылка: «Трехглазное излучение с окаменелой нейроанатомией говорит о происхождении и сегментации головы членистоногого» Джозефа Мойсюка и Жана-Бернара Карона, 8 июля 2022 г., текущая биология.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Основная финансовая поддержка исследований поступила от Национального совета по научным и инженерным исследованиям Канады в виде гранта Vanier Canada Graduate Grant для Мойсюка и гранта Discovery (№ 341944) для Кэрон.