Древний указатель: крошечные окаменелости рассказывают большую историю об эволюции членистоногих

Крошечная окаменелость морского существа, жившего более полумиллиарда лет назад, проливает новый свет на эволюцию членистоногих — самой богатой видами и успешной группы животных, населяющих Землю, согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications.

Одна из последних загадок эволюции членистоногих

Одной из последних загадок, связанных с эволюцией членистоногих, было разделение древа жизни, отделяющее две крупнейшие группы членистоногих: мандибулятов, в группу которых входят насекомые, ракообразные, многоножки и centipedes; и хелицератов, группу, включающую пауков, скорпионов и их родственников.

Новые анализы окаменелостей

Новые анализы окаменелостей вымершего сегментированного существа, известного как Jiangfengia multisegmentalis, показывают, что этот экземпляр имеет решающее значение для отделения ранних мандибулятов от хелицератов.

Под руководством Николаса Штраусфельда из отдела нейронаук Университета Аризоны команда выявила мельчайшие детали окаменелого мозга Jiangfengia, которые помещают его в родословную мандибулятов, а не хелицератов, как предполагалось ранее.

Классификация Jiangfengia как предкового хелицерата была основана на её парных хватательных придатках, которые отходят от головы. Эта особенность помещала её в группу вымерших существ, известных как мегахеираны — греческое слово, означающее «большие руки».

Открытие команды Штраусфельда

Согласно исследовательской группе, история более тонкая и сложная. Штраусфельд, профессор-регент в Университете Аризоны и член Королевского общества, назвал их открытие возможным изменением правил игры.

«У этих мегахеиран не было антеннул, которые являются антенноподобными придатками, характерными для ракообразных, насекомых и centipedes, — сказал Штраусфельд. — Вместо этого мы видим странные, довольно прочные головные придатки, которые были специализированы для захвата предметов».

Палеонтологи называют эти знаковые структуры мегахеиранских окаменелостей «великими придатками». Их клешневидные концы предполагали их сходство с хватательными придатками Limulus, широко известного как мечехвост, добавил Штраусфельд. Соответственно, мегахеиры были классифицированы как хелицераты, к которым также принадлежат Limulus и арахниды.

Исследование показало, что окаменелые мозги Jianfengia и Alalcomenaeus были не только морфологически различны, но и представляли собой типичных предков двух основных групп членистоногих, а не одной.

Строение окаменелости Jianfengia

Крошечная голова Jianfengia, размером всего два миллиметра в поперечнике, определяется коротким, похожим на раковину покрытием, из которого выходят её пары «великих придатков».

Прямо перед ними расположены парные глазные стебли, по одному с каждой стороны головы, увенчанные небольшим, но очевидным сложным глазом, подобным глазам насекомых и ракообразных. На передней части головы Jianfengia также было по крайней мере три «глаза» с одной линзой, очень похожие на простые глаза, встречающиеся у многих насекомых и ракообразных.

Когда команда Штраусфельда реконструировала окаменелые остатки нервной системы Jianfengia в четырёх ископаемых образцах, они обнаружили мозг, форма которого соответствует форме современного креветки или рака. Кроме того, он показал элементы более простых механизмов, наблюдаемых у мелких пресноводных ракообразных, таких как артемии, также известные как «морские обезьяны», популярные домашние животные, которые дали многим детям первое представление о настоящем живом ракообразном.

Выводы исследователей

Вместе взятые, эти находки привели исследователей к выводу, что Jianfengia ранее была неправильно классифицирована как ранний хелицерат, тогда как у Alalcomenaeus уже был обнаружен мозг, подобный мозгу Limulus.

«Наши результаты демонстрируют, что тщательное изучение окаменелых нервных остатков может предоставить мощные данные, указывающие на эволюционные отношения, которые невозможно получить только по особенностям экзоскелета», — сказал Штраусфельд. «Нужно знать, что искать в ископаемом мозге, потому что это многое нам рассказывает о его идентичности».

Фрэнк Хирт, соавтор и профессор Королевского колледжа Лондонского университета, подчеркнул ключевой аспект этих окаменелостей: «Организация их окаменелых мозгов идеально совпадает с организацией живых членистоногих, что позволяет предположить, что их древние генетические и развивающиеся составляющие необычайно прочны, но в то же время разнообразны, что может объяснить, почему членистоногие являются самыми успешными обитателями этой планеты».

Соавтор Сиангуан Хоу, профессор в лаборатории палеобиологии Юньнаньского университета в Куньмине, Китай, обнаружил первую окаменелость Jianfengia в 1984 году.

Значение находок

Один из самых известных пластов окаменелостей, документирующих жизнь в кембрийский период, который длился примерно с 540 по 480 миллионов лет назад, район в окрестностях Куньмина в провинции Юньнань в Китае когда-то был мелководным морем. Его обилие древних форм жизни очень редко показывает свидетельства наличия мягких тканей, особенно нервных остатков. С тех пор было найдено около десятка дополнительных экземпляров.

Штраусфельд отметил, что нервные следы окаменелости могут быть очень тонкими, но их можно усилить, повысив контрастность и ширину самых тёмных отложений, выделяющихся на фоне серого гранулированного камня, в который была встроена окаменелость.

«То, что мы увидели, было неожиданным: мозг выглядит действительно современным, сравнимым с мозгом живого ракообразного», — сказал он. «В одном экземпляре мы даже смогли заглянуть в сложные глаза и посмотреть вниз по некоторым его фасеткам, чтобы увидеть окаменелые «конусные клетки», которые поддерживали фоторецепторы».

Для дальнейшего подтверждения эволюционного положения Jianfengia соавтор Дэвид Эндрю из колледжа Лайкоминг в Уильямсбурге, штат Пенсильвания, использовал статистические методы для построения так называемых филогенетических деревьев — по сути, семейных деревьев — на основе нейронных признаков, чтобы определить, где в древе жизни должна быть помещена Jianfengia.

«Многократные повторения этих сравнений показали, что в древе жизни членистоногих Jianfengia сидела у корня всех мандибулятов или рядом с ним, тогда как её предполагаемый родственник Alalcomenaeus имеет такой же статус, но в пределах ветви хелицератов древа жизни», — сказал Эндрю.

Команда пришла к выводу, что «великие придатки», принадлежащие Jianfengia, позже были модифицированы как антеннулы, типичные для современных мандибулятов, тогда как «великие придатки» Alalcomenaeus позже были модифицированы как клешневидные клыки, типичные для современных хелицератов.

«У хелицератов эти «великие придатки» уменьшились, поэтому в конечном итоге они стали паучьими клыками», — сказал Штраусфельд. «У мандибулятов эволюция модифицировала их в сегментированные антеннулы».

Согласно Штраусфельду, живое подтверждение этой точки зрения исходит от живых остракодов, мелких морских ракообразных, украшенных антеннулами с клешнями на концах. «Похоже, что «великие придатки», которые мы видим в наших окаменелостях, более чем полумиллиардной давности, не были полностью потеряны», — добавил он.

Предоставлено:
Университет Аризоны

Источник