„Úžasné“ zkamenělé mozky staré 500 milionů let podnítily přehodnocení evoluce hmyzu a pavouků

Starověký tříoký predátor odhaluje klíčové informace o vývoji tělesného plánu členovců.

Nový výzkum je založen na skrýši fosilií obsahující mozek a nervový systém půl miliardy let starého mořského predátora z Burgess Shale tzv. Stanley Karis Odhaleno Royal Ontario Museum (ROM). Patří do staré, vyhynulé větve evolučního stromu členovců zvaného Radiodonta, Stanley Karis Je blízce příbuzný modernímu hmyzu a pavoukům. Tato zjištění vrhají světlo na vývoj mozku členovců, vidění a strukturu hlavy.

„Podrobnosti jsou tak jasné, že je to, jako bychom se dívali na zvíře, které včera zemřelo.“

– Josef Moiseuk

Výsledky byly oznámeny ve výzkumném dokumentu „Rentgenové snímky tří očí s fosilní neuroanatomií informují o původu a segmentaci hlavy členovců“, publikovaném 5. července 2022 v časopise Science. současná biologie.

Pár fosilních exemplářů Stanleycaris hirpex, exemplář ROMIP 65674.1-2. Zdroj obrázků: Jean-Bernard Caron, © Royal Ontario Museum

Vědce nejvíce zajímá to, co je uvnitř Stanley Karis‚hlava. Pozůstatky mozku a nervů jsou i po 506 milionech let zachovány v 84 fosiliích.

„Zatímco zkamenělé mozky z období kambria nejsou nové, tento objev vyniká úžasnou kvalitou uchování a velkým množstvím exemplářů,“ řekl Joseph Moisiuk, hlavní autor výzkumu a University of Toronto (U of T). Kandidát na doktorát v oboru ekologie a evoluční biologie v Royal Ontario Museum. „Dokonce můžeme poskytnout jemné detaily, jako jsou centra vizuálního zpracování, která slouží velkým očím, a stopy nervů vstupujících do přívěsků. Detaily jsou tak jasné, jako bychom se dívali na zvíře, které zemřelo včera.“

Animace gramofonu Stanleycaris hirpex, včetně průhlednosti pro zobrazení vnitřních orgánů. Kredit: Animace Sabriny Cappelli © Royal Ontario Museum

Nové fosilie odhalují, že mozek Stanley Karis Skládal se ze dvou částí, protocerebrum, připojené k očím, a deutocerebrum, připojené k předním drápům.

„Došli jsme k závěru, že dvoudílná hlava a mozek mají hluboké kořeny v linii členovců a že jejich evoluce pravděpodobně předcházela třídílnému mozku, který charakterizuje všechny živé orgány v tomto rozmanitém živočišném kmeni,“ dodal Moiseuk.

U současných členovců, jako je hmyz, se mozek skládá z protocerebrum, deutocerebrum a tritocerebrum. I když se rozdíl v klipu nemusí zdát jako změna hry, ve skutečnosti má drastické vědecké důsledky. Protože v jejich segmentovaných tělech lze nalézt opakující se kopie mnoha členů členovců, znalost toho, jak jsou části seřazené mezi různými druhy, je klíčem k pochopení toho, jak se tyto struktury lišily napříč skupinou.

„Stejně jako Rosettská deska pomáhají tyto fosilie propojit vlastnosti v radiátorech a jiných raných členovcích s jejich protějšky v přeživších skupinách.“

Rekonstrukce páru hirpexů Stanleycaris; Horní jedinec má zvýšenou vnější průhlednost pro zobrazení vnitřních orgánů. Nervový systém je zobrazen ve světle béžové a trávicí systém v tmavě červené. Kredit: Ilustrace Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Plus pár pronásledujících očí, Stanley Karis Má velké centrální oko v přední části hlavy, což je rys, který nebyl dříve v radiologii pozorován. Mít uvnitř obrovské třetí oko Stanley Karis Bylo to nečekané. Potvrzuje to, že tato zvířata vypadala exotičtěji, než jsme si mysleli, ale také nám ukazuje, že nejranější členovci se ve skutečnosti vyvinuli tak rozmanité jako mnoho složitých vizuálních systémů jako mnoho jejich moderních příbuzných,“ řekl Dr. Jean-Bernard Caron, Richard Ivey z ROM. Kurátor paleontologie bezobratlých a vedoucí doktorského studia Moysiuka Karon, který je také docentem na U of T, dodal v oblasti ekologie, evoluce a věd o Zemi.

Abstrakt článku, ilustrující interpretaci nervového systému z fosilií Stanleyho Karise a jeho důsledky pro pochopení vývoje mozku členovců. Mozek je znázorněn červeně a nervové provazce fialově. Zdroj obrázků: Jean-Bernard Caron © Royal Ontario Museum

V kambrijském období radiodonci zahrnovali některá z největších zvířat nalezených v okolí se svými slavnými „podivnými zázraky“ anomalocaris Dosahuje délky minimálně jednoho metru. s délkou nepřesahující 20 cm, Stanley Karis Na svůj rozsah byl malý, ale v době, kdy většina zvířat nebyla větší než lidský prst, by to byl impozantní predátor. Stanley KarisDobře vyvinutý smyslový a nervový systém by jim umožnil ve tmě efektivně vybrat malou kořist.

Rekonstrukce hirpexu Stanleycaris. Image Credit: Art by Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

S velkýma složenýma očima, nádherně vypadající kulatou tlamou lemovanou zuby, předními drápy s působivou soustavou ostnů a pružným tělem rozděleným řadou chlopní, které plavou po obou stranách, Stanley Karis Byly by to noční můry pro každého malého obyvatele na dně, který by mu zkřížil cestu.

O Burgess Shell

Pro tento výzkum Moysiuk a Caron studovali dříve nepublikovaný soubor 268 vzorků Stanley Karis. Fosílie byly sbírány především v 80. a 90. letech 20. století z vrstev horniny nad slavným lomem Walcott v Burgess Shale v národním parku Yoho v Britské Kolumbii v Kanadě a jsou součástí rozsáhlé sbírky zkamenělin Burgess Shale nalezených v ROM.

Fosilní naleziště Burgess Shale se nachází v národních parcích Yoho a Kootenay a jsou spravována kanadskými parky. Parks Canada je hrdá na to, že spolupracuje s předními vědeckými výzkumníky na rozšíření znalostí a porozumění tomuto klíčovému období v historii Země a na sdílení těchto míst se světem prostřednictvím oceněných pěších výletů. Burgess Shale byla v roce 1980 označena jako místo světového dědictví UNESCO kvůli své výjimečné univerzální hodnotě a nyní je součástí největšího světového dědictví pro parky kanadských Skalistých hor.

fosílie Stanley Karis Mohou to vidět diváci v nové fosilní show Burgess Shale na Galerie Wellner Madge, Úsvit života v ROM.

Odkaz: „Triokulární záření s fosilizovanou neuroanatomií vypráví o původu a segmentaci hlavy členovců“ od Josepha Moisiuka a Jean-Bernarda Carona, 8. července 2022, současná biologie.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Hlavní podpora financování výzkumu přišla od Národní rady pro vědecký a technický výzkum v Kanadě, prostřednictvím grantu Vanier Canada Graduate Grant pro Moysiuk a grantu Discovery Grant (č. 341944) pro Caron.