Крошечная окаменелость существа, жившего полмиллиарда лет назад, показывает, что формирование арахнидов происходило в древних океанах Земли, а не на суше.
Около 500 миллионов лет назад во время «кембрийского взрыва» произошло массовое разнообразие, которое привело к эволюции всех основных планов строения животных, существующих до сих пор. Это включает в себя эволюцию членистоногих — животных с внешними скелетами, к которым сегодня относятся пауки, крабы, насекомые и скорпионы.
Пауки, скорпионы и подковообразные крабы, принадлежащие к группе хелицератов, практически не изменились более 400 миллионов лет.
Основное различие с вымершими видами заключается в том, что они могли быть огромными. Длина крупнейших когда-либо живших скорпионов составляла около 70 см. Между тем древние родственники пауков и скорпионов, эвриптериды (иногда называемые «морскими скорпионами»), могли вырастать до 2,5 м в длину.
Но эволюционное происхождение пауков и скорпионов долгое время оставалось загадкой. Ранее считалось, что членистоногие превратились в пауков и скорпионов после того, как они перешли из моря на сушу.
Новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, предполагает обратное — что группа членистоногих, ставшая скорпионами и пауками, впервые появилась под водой.
«До сих пор ведутся споры о том, где и когда впервые появились арахниды, и какие хелицераты были их предками, были ли они морскими или полуводными, как подковообразные крабы», — говорит ведущий исследователь Николас Штраусфельд из Университета Аризоны, США.
Команда Штраусфельда проанализировала ископаемый образец вида Mollisonia symmetrica.
Ископаемое Mollisonia
Mollisonia была впервые обнаружена в 1912 году в канадской сланцевой формации Бёрджесс. В Северной Америке и Китае найдено 4 вида Mollisonia, все длиной всего несколько сантиметров.
Mollisonia относится к кембрийскому периоду (540–485 миллионов лет назад) и напоминает других хелицератов того времени. Но Штраусфельд и его коллеги обнаружили в окаменевшей нервной системе нечто, что отличает это маленькое бронированное существо.
Передняя часть тела Mollisonia имеет радиально расположенные сегментарные ганглии (скопления нейронов), которые контролируют движения 5 пар сегментированных придатков. Такая же структура наблюдается у пауков и других современных арахнидов. У Mollisonia также есть несегментированный мозг, который протягивает короткие нервы к паре похожих на клешни «когтей», как клыкам пауков.
Ключевым моментом, который окончательно относит Mollisonia к отряду арахнидов, является организация её мозга. Это обратное расположение по сравнению с современными ракообразными, насекомыми и многоножками, и даже подковообразными крабами, такими как род Limulus.
Современные методы визуализации позволили исследовательской группе определить ключевые анатомические особенности в окаменелых останках образца Mollisonia.
«Это как если бы мозг типа Limulus, который мы видим в кембрийских окаменелостях, или мозг предковых и современных ракообразных и насекомых, был перевёрнут задом наперёд, что мы и наблюдаем у современных пауков», — говорит Штраусфельд.
«Это крупный шаг в эволюции, который, по-видимому, является исключительным для арахнидов», — добавляет соавтор Фрэнк Хирт из Королевского колледжа Лондона. «Тем не менее уже у Mollisonia мы определили домены мозга, которые соответствуют ныне живущим видам, с помощью которых мы можем предсказать основной генетический состав, общий для всех членистоногих».
«Мозг арахнида не похож ни на один другой мозг на этой планете, и это говорит о том, что его организация как-то связана со скоростью вычислений и контролем двигательных действий», — объясняет Штраусфельд.
Сравнение мозгов подковообразного краба (слева), окаменелости Mollisonia (в центре) и современного паука (справа) показывает удивительные результаты этого исследования. Организация трёх областей мозга Mollisonia (зелёный, пурпурный и синий) обратная по сравнению с подковообразным крабом и вместо этого напоминает расположение, обнаруженное у современных пауков.
Первые наземные животные, вероятно, были похожи на многоножек и насекомых — членистоногих.
«Мы можем представить, что арахнид, подобный Mollisonia, также адаптировался к наземной жизни, сделав ранних насекомых и многоножек своей ежедневной пищей», — говорит Штраусфельд.
Первые арахниды на суше, возможно, даже способствовали эволюции критического защитного механизма — крыльев насекомых, что спровоцировало эволюционную гонку вооружений между хищниками и добычей, которой уже сотни миллионов лет.
«Способность летать даёт вам серьёзное преимущество, когда за вами охотится паук», — объясняет Штраусфельд. «Тем не менее, несмотря на свою воздушную подвижность, насекомые всё равно миллионами попадают в изысканные шёлковые сети, сотканные пауками».