Окаменевшая нервная система указывает на происхождение паукообразных из океана

Новый анализ изысканно сохранившейся окаменелости, возраст которой составляет полмиллиарда лет, позволяет предположить, что паукообразные — пауки и их близкие родственники — эволюционировали в океане. Это ставит под сомнение широко распространённое мнение о том, что их диверсификация произошла только после того, как их общий предок вышел на сушу.

Происхождение паукообразных

Пауки и скорпионы существуют уже около 400 миллионов лет, практически не меняясь. Вместе с близкородственными членистоногими, объединёнными в группу arachnids, они доминировали на Земле как самая успешная группа хищных членистоногих.

Исследование окаменелости

В исследовании, проведённом Николасом Штраусфельдом из Университета Аризоны и опубликованном в Current Biology, учёные из США и Великобритании провели детальный анализ окаменелых особенностей мозга и центральной нервной системы вымершего животного под названием Mollisonia symmetrica.

До сих пор считалось, что это животное представляет собой предка определённой группы членистоногих, известных как хелицераты, которые жили в кембрийский период (между 540 и 485 миллионами лет назад) и включали предков современных мечехвостов.

Удивительное открытие

К удивлению исследователей, они обнаружили, что нервные структуры в окаменелом мозге Mollisonia организованы не так, как у мечехвостов, а как у современных пауков и их родственников.

«До сих пор ведутся оживлённые дискуссии о том, где и когда впервые появились паукообразные, и какого рода хелицераты были их предками, — сказал Штраусфельд, профессор-регент в Департаменте нейронаук Университета Аризоны, — и были ли эти существа морскими или полуводными, как мечехвосты».

Особенности Mollisonia

Внешне Mollisonia напоминает некоторых других ранних хелицератов из нижнего и среднего кембрия: её тело состояло из двух частей: широкого закруглённого «панциря» спереди и прочного сегментированного туловища, заканчивающегося широкой хвостовидной структурой.

Некоторые учёные упоминали организацию панциря спереди, за которым следовал сегментированный хобот, как схожую с планом тела скорпиона. Но никто не утверждал, что Mollisonia была чем-то более экзотическим, чем базальным хелицератом, даже более примитивным, чем предок мечехвоста, например.

Уникальная организация мозга

То, что Штраусфельд и его коллеги обнаружили, указывающее на статус Mollisonia как паукообразного, — это её окаменелый мозг и нервная система. Как и у пауков и других современных паукообразных, передняя часть тела Mollisonia (называемая просомой) содержит лучевую структуру сегментарных ганглиев, которые контролируют движения пяти пар сегментарных придатков.

В дополнение к этим признакам, характерным для паукообразных, у Mollisonia также был обнаружен сегментированный мозг, от которого отходили короткие нервы к паре клешневидных «клешней», напоминающих клыки пауков и других паукообразных.

Но решающим признаком, демонстрирующим идентичность паукообразного, является уникальная организация мозга Mollisonia, которая противоположна расположению спереди назад, обнаруженному у современных ракообразных, насекомых и многоножек, и даже у мечехвостов, таких как род Limulus.

«Это как если бы мозг типа Limulus, видимый в кембрийских окаменелостях, или мозги предковых и современных ракообразных и насекомых были перевернуты назад, что мы и видим у современных пауков», — сказал он.

Согласно соавтору Франку Хирту из Королевского колледжа в Лондоне, последнее открытие может быть важным эволюционным развитием, поскольку исследования мозга существующих пауков показывают, что такое расположение спереди назад обеспечивает короткие пути от нейронных центров управления к нижележащим цепям, которые координируют удивительный репертуар движений паука (или его родственника).

Это расположение, вероятно, обеспечивает скрытность во время охоты, быстроту преследования и, в случае пауков, изысканную ловкость для плетения паутины для ловли добычи.

«Это важный шаг в эволюции, который, по-видимому, является исключительным для паукообразных», — сказал Хирт. «Уже в Mollisonia мы определили домены мозга, которые соответствуют живым видам, с которыми мы можем предсказать лежащий в основе генетический состав, общий для всех членистоногих».

«Мозг паукообразного не похож ни на один другой мозг на этой планете, — добавил Штраусфельд, — и это говорит о том, что его организация как-то связана со скоростью вычислений и контролем двигательных действий».

Первые наземные существа

Первые существа, вышедшие на сушу, вероятно, были похожи на многоножек и, возможно, на некоторых предковых, похожих на насекомых существ, эволюционная ветвь ракообразных, согласно Штраусфельду.

«Мы можем представить, что паукообразное, похожее на Mollisonia, также адаптировалось к наземной жизни, сделав ранних насекомых и многоножек своей ежедневной пищей», — сказал он, добавив, что первые паукообразные на суше могли способствовать эволюции критического механизма защиты: крыльев насекомых, а значит, полёта и побега.

«Способность летать даёт вам серьёзное преимущество, когда за вами охотится паук, — сказал Штраусфельд. — Тем не менее, несмотря на свою воздушную мобильность, насекомые всё ещё попадают в миллионы в изысканных шёлковых сетях, сплетённых пауками».

Для исследования Штраусфельд провёл время в Музее сравнительной зоологии при Гарвардском университете, где хранится образец Mollisonia, делая множество фотографий при различных направлениях освещения, интенсивности света и поляризованном свете, а также при различных увеличениях.

Чтобы исключить возможность того, что сходство между мозгом Mollisonia и мозгом пауков было результатом параллельной эволюции — другими словами, совпадением, а не следствием общего происхождения, — соавтор Дэвид Эндрю, бывший аспирант в лаборатории Штраусфельда, который сейчас работает в колледже Ликоминга в Пенсильвании, провёл статистический анализ, сравнивая 115 нейронных и связанных с ними анатомических признаков у членистоногих, как вымерших, так и живых.

Результаты поместили Mollisonia в группу родственных современным паукообразным, что придало дополнительный вес идее о том, что линия Mollisonia дала начало кладе, которая сегодня включает пауков, скорпионов, солнечных пауков, уксусных ронов и хлыстовых скорпионов, среди многих других.

К сожалению, другие паукообразные, похожие на Mollisonia, не сохранились таким образом, чтобы можно было провести детальный анализ их нервной системы. Но если бы у них был такой же уникальный тип мозга, авторы предполагают, что их потомки могли бы установить расходящиеся наземные линии, которые сегодня составляют различные ветви древа жизни паукообразных.

Предоставлено Университетом Аризоны.

Источник