‘Verbazingwekkende’ gefossiliseerde hersenen die 500 miljoen jaar oud zijn, leiden tot een heroverweging van de evolutie van insecten en spinnen

Een oud drieogig roofdier onthult belangrijke informatie over de evolutie van het lichaamsplan van geleedpotigen.

Nieuw onderzoek is gebaseerd op een cache van fossielen die de hersenen en het zenuwstelsel bevatten van een half miljard jaar oud zeeroofdier uit de Burgess Shale genaamd Stanley Karis Onthuld door het Royal Ontario Museum (ROM). Het behoort tot een oude, uitgestorven tak van de geleedpotige evolutionaire boom genaamd Radiodonta, Stanley Karis Het is nauw verwant aan moderne insecten en spinnen. Deze bevindingen werpen licht op de hersenontwikkeling, het gezichtsvermogen en de hoofdstructuur van geleedpotigen.

“De details zijn zo duidelijk dat het lijkt alsof we naar een dier kijken dat gisteren is overleden.”

– Joseph Moiseuk

De resultaten werden aangekondigd in het onderzoekspaper, “Drie-ogen röntgenfoto’s met fossiele neuroanatomie informeren de oorsprong en segmentatie van geleedpotigen”, gepubliceerd op 5 juli 2022 in het tijdschrift Science. huidige biologie.

Paar fossiele exemplaren van Stanleycaris hirpex, exemplaar ROMIP 65674.1-2. Afbeeldingsbron: Jean-Bernard Caron, © Royal Ontario Museum

Wat wetenschappers het meest interesseert, is wat erin zit Stanley Karis‘ hoofd. De overblijfselen van de hersenen en zenuwen zijn na 506 miljoen jaar nog steeds bewaard in 84 fossielen.

“Hoewel gefossiliseerde hersenen uit de Cambrische periode niet nieuw zijn, valt deze ontdekking op door de verbazingwekkende kwaliteit van bewaring en het grote aantal exemplaren”, zegt Joseph Moisiuk, hoofdauteur van het onderzoek en de Universiteit van Toronto (U of T). Promovendus in Ecologie en Evolutionaire Biologie, in het Royal Ontario Museum. “We kunnen zelfs fijne details leveren, zoals de visuele verwerkingscentra die de grote ogen dienen en sporen van zenuwen die de aanhangsels binnendringen. De details zijn zo duidelijk alsof we naar een dier kijken dat gisteren is overleden.”

Draaitafelanimatie van Stanleycaris hirpex, inclusief transparantie om inwendige organen te tonen. Credit: Animatie door Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Nieuwe fossielen onthullen dat de hersenen Stanley Karis Het bestond uit twee delen, het protocerebrum, bevestigd aan de ogen, en het deutocerebrum, bevestigd aan de voorste klauwen.

“We concluderen dat het tweedelige hoofd en de hersenen diepe wortels hebben in de geleedpotige lijn en dat de evolutie ervan waarschijnlijk voorafging aan het driedelige brein dat alle levende organen in dit diverse dierlijke phylum kenmerkt,” voegde Moiseuk eraan toe.

Bij hedendaagse geleedpotigen zoals insecten, bestaan ​​de hersenen uit protocerebrum, deutocerebrum en tritocerebrum. Hoewel het verschil in de clip misschien geen game-changer lijkt, heeft het in feite drastische wetenschappelijke implicaties. Omdat repetitieve kopieën van veel geleedpotige leden te vinden zijn in hun gesegmenteerde lichamen, is het van cruciaal belang om te weten hoe de delen tussen verschillende soorten zijn opgesteld om te begrijpen hoe deze structuren binnen de groep varieerden.

“Net als de Rosetta-steen helpen deze fossielen eigenschappen in radiatoren en andere vroege geleedpotigen te koppelen aan hun tegenhangers in overlevende groepen.”

Reconstructie van een stel Stanleycaris hirpex; Het bovenste individu heeft een verhoogde externe transparantie om de interne organen te laten zien. Het zenuwstelsel is weergegeven in lichtbeige en het spijsverteringsstelsel in donkerrood. Credit: Illustratie door Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Plus een paar stalkende ogen, Stanley Karis Hij heeft een groot centraal oog aan de voorkant van zijn hoofd, een kenmerk dat nog niet eerder is waargenomen in de radiologie. Met een enorm derde oog in Stanley Karis Het was onverwacht. Het bevestigt dat deze dieren er exotischer uitzagen dan we dachten, maar laat ons ook zien dat de vroegste geleedpotigen in feite net zo divers als veel complexe visuele systemen evolueerden als veel van hun moderne verwanten,” zei Dr. Jean-Bernard Caron, Richard Ivey van ROM. Curator van de paleontologie van ongewervelde dieren en Moysiuk’s promotor Karon, die ook universitair hoofddocent is aan de U of T, voegde toe in ecologie, evolutie en aardwetenschappen.

Samenvatting van het artikel, ter illustratie van de interpretatie van het zenuwstelsel van de Stanley Karis-fossielen en de implicaties ervan voor het begrijpen van de ontwikkeling van de hersenen van geleedpotigen. De hersenen zijn weergegeven in rood en de zenuwkoorden in paars. Afbeeldingsbron: Jean-Bernard Caron © Royal Ontario Museum

In de Cambrische periode omvatte Radiodonts enkele van de grootste dieren die er zijn, met hun beroemde “vreemde wonderen” anomalocaris Het bereikt een lengte van minstens een meter. met een lengte van niet meer dan 20 cm, Stanley Karis Het was klein voor zijn bereik, maar in een tijd dat de meeste dieren niet groter waren dan een menselijke vinger, zou het een indrukwekkend roofdier zijn geweest. Stanley KarisGoed ontwikkelde sensorische en zenuwstelsels zouden hen in staat hebben gesteld om kleine prooien efficiënt te selecteren in het donker.

Reconstructie van de Stanleycaris hirpex. Afbeelding tegoed: kunst door Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Met grote samengestelde ogen, een prachtig ogende ronde mond met tanden, voorklauwen met een indrukwekkende reeks stekels en een flexibel lichaam dat wordt gedeeld door een reeks flappen die aan weerszijden zwemmen, Stanley Karis Het zou een nachtmerrie zijn geweest voor elke kleine bewoner op de bodem die de pech had zijn pad te kruisen.

Over Burgess Shell

Voor dit onderzoek bestudeerden Moysiuk en Caron een niet eerder gepubliceerde set van 268 monsters van Stanley Karis. Fossielen werden voornamelijk in de jaren tachtig en negentig verzameld uit rotslagen boven de beroemde Walcott Quarry-site in de Burgess Shale in Yoho National Park, British Columbia, Canada, en maken deel uit van de uitgebreide collectie Burgess Shale-fossielen die in ROM zijn gevonden.

Burgess Shale-fossielen bevinden zich in de nationale parken Yoho en Kootenay en worden beheerd door Parks Canada. Parks Canada is er trots op samen te werken met vooraanstaande wetenschappelijke onderzoekers om de kennis en het begrip van deze belangrijke periode in de geschiedenis van de aarde uit te breiden en deze locaties met de wereld te delen door middel van bekroonde wandeltochten. De Burgess Shale werd in 1980 aangewezen als UNESCO-werelderfgoed vanwege zijn uitzonderlijke universele waarde en maakt nu deel uit van het grootste werelderfgoed voor de parken van de Canadese Rockies.

fossielen Stanley Karis Het kan worden gezien door het publiek in de nieuwe Burgess Shale-fossielenshow op Wellner Madge Gallery, Dawn of Life in ROM.

Referentie: “Tri-oculaire straling met gefossiliseerde neuroanatomie vertelt over de oorsprong en segmentatie van geleedpotigen” door Joseph Moisiuk en Jean-Bernard Caron, 8 juli 2022, huidige biologie.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Grote onderzoeksfinanciering kwam van de National Council for Scientific and Engineering Research in Canada, via een Vanier Canada Graduate Grant aan Moysiuk en een Discovery Grant (nr. 341944) aan Caron.