„Erstaunliche“ versteinerte Gehirne, die 500 Millionen Jahre alt sind, regen zum Nachdenken über die Evolution von Insekten und Spinnen an

Ein uraltes dreiäugiges Raubtier enthüllt wichtige Informationen über die Evolution des Körperplans von Arthropoden.

Neue Forschungen basieren auf einem Cache mit Fossilien, die das Gehirn und das Nervensystem eines eine halbe Milliarde Jahre alten Meeresräubers aus dem Burgess-Schiefer enthalten Stanley Karis Enthüllt vom Royal Ontario Museum (ROM). Es gehört zu einem alten, ausgestorbenen Zweig des Arthropoden-Evolutionsbaums namens Radiodonta, Stanley Karis Es ist eng mit modernen Insekten und Spinnen verwandt. Diese Ergebnisse geben Aufschluss über die Gehirnentwicklung, das Sehvermögen und die Kopfstruktur von Arthropoden.

„Die Details sind so klar, als würden wir ein Tier betrachten, das gestern gestorben ist.“

– Josef Moiseuk

Die Ergebnisse wurden in der Forschungsarbeit „Three-eye radiographs with fossil neuroanatomy inform arthropod head origin and segmentation“ veröffentlicht, die am 5. Juli 2022 in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. aktuelle Biologie.

Paar fossiler Exemplare von Stanleycaris hirpex, Exemplar ROMIP 65674.1-2. Bildquelle: Jean-Bernard Caron, © Royal Ontario Museum

Was Wissenschaftler am meisten interessiert, ist, was drin ist Stanley Karis‚ Kopf. Die Überreste des Gehirns und der Nerven sind noch nach 506 Millionen Jahren in 84 Fossilien erhalten.

„Während versteinerte Gehirne aus der kambrischen Zeit nicht neu sind, zeichnet sich diese Entdeckung durch die erstaunliche Qualität der Erhaltung und die große Anzahl von Exemplaren aus“, sagte Joseph Moisiuk, Hauptautor der Forschung und University of Toronto (U of T). Doktorand in Ökologie und Evolutionsbiologie am Royal Ontario Museum. „Wir können sogar feine Details wie die visuellen Verarbeitungszentren, die die großen Augen bedienen, und Nervenspuren, die in die Gliedmaßen eintreten, bereitstellen. Die Details sind so klar, als würden wir ein Tier betrachten, das gestern gestorben ist.“

Turntable-Animation von Stanleycaris hirpex, einschließlich Transparenz zur Darstellung der inneren Organe. Bildnachweis: Animation von Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Neue Fossilien zeigen, dass das Gehirn Stanley Karis Es bestand aus zwei Teilen, dem Protocerebrum, das an den Augen befestigt war, und dem Deutocerebrum, das an den Vorderklauen befestigt war.

„Wir schließen daraus, dass der zweiteilige Kopf und das Gehirn tiefe Wurzeln in der Arthropoden-Linie haben und dass seine Entwicklung wahrscheinlich dem dreiteiligen Gehirn vorausging, das alle lebenden Organe in diesem vielfältigen Tierstamm charakterisiert“, fügte Moiseuk hinzu.

Bei heutigen Arthropoden wie Insekten besteht das Gehirn aus Protocerebrum, Deutocerebrum und Tritocerebrum. Während der Unterschied im Clip nicht wie ein Wendepunkt erscheint, hat er tatsächlich drastische wissenschaftliche Auswirkungen. Da sich wiederholende Kopien vieler Arthropodenmitglieder in ihren segmentierten Körpern gefunden werden können, ist es wichtig zu wissen, wie die Teile zwischen verschiedenen Arten aufgereiht sind, um zu verstehen, wie sich diese Strukturen innerhalb der Gruppe unterschieden.

„Wie der Rosetta-Stein helfen diese Fossilien dabei, Merkmale in Radiatoren und anderen frühen Arthropoden mit ihren Gegenstücken in überlebenden Gruppen zu verknüpfen.“

Rekonstruktion eines Paars Stanleycaris hirpex; Das obere Individuum hat eine erhöhte äußere Transparenz, um die inneren Organe zu zeigen. Das Nervensystem ist in Hellbeige und das Verdauungssystem in Dunkelrot dargestellt. Bildnachweis: Illustration von Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Plus ein Paar schleichende Augen, Stanley Karis Er besitzt ein großes zentrales Auge an der Vorderseite seines Kopfes, ein Merkmal, das zuvor in der Radiologie nicht beobachtet wurde. Ein riesiges drittes Auge drin haben Stanley Karis Es war unerwartet. Es bestätigt, dass diese Tiere exotischer aussahen, als wir dachten, zeigt uns aber auch, dass die frühesten Arthropoden tatsächlich so vielfältige und komplexe visuelle Systeme entwickelt haben wie viele ihrer modernen Verwandten“, sagte Dr. Jean-Bernard Caron, Richard Ivey von ROM. Karon, Kurator für Invertebrate Paleontology und Doktorvater von Moysiuk, der auch außerordentlicher Professor an der U of T ist, fügte hinzu, in Ökologie, Evolution und Geowissenschaften.

Zusammenfassung des Papiers, die die Interpretation des Nervensystems der Fossilien von Stanley Karis und ihre Implikationen für das Verständnis der Gehirnentwicklung von Arthropoden veranschaulicht. Das Gehirn ist in Rot und die Nervenstränge in Lila dargestellt. Bildquelle: Jean-Bernard Caron © Royal Ontario Museum

In der kambrischen Zeit gehörten zu den Radiodonten einige der größten Tiere, die in der Umgebung gefunden wurden, mit ihren berühmten „seltsamen Wundern“. anomalocaris Er erreicht eine Länge von mindestens einem Meter. mit einer Länge von nicht mehr als 20 cm, Stanley Karis Es war klein für seine Reichweite, aber zu einer Zeit, als die meisten Tiere nicht größer als ein menschlicher Finger waren, wäre es ein beeindruckendes Raubtier gewesen. Stanley KarisGut entwickelte Sinnes- und Nervensysteme hätten es ihnen ermöglicht, kleine Beute effizient im Dunkeln auszuwählen.

Rekonstruktion des Stanleycaris hirpex. Bildnachweis: Kunst von Sabrina Cappelli © Royal Ontario Museum

Mit großen Facettenaugen, einem wunderbar aussehenden runden Mund, der mit Zähnen gesäumt ist, Vorderklauen mit beeindruckenden Stacheln und einem flexiblen Körper, der durch eine Reihe von Flügeln geteilt ist, die auf beiden Seiten schwimmen, Stanley Karis Es wäre der Stoff für Alpträume für jeden kleinen Bewohner am Grund gewesen, der das Pech hatte, seinen Weg zu kreuzen.

Über Burgess Shell

Für diese Forschung untersuchten Moysiuk und Caron einen zuvor unveröffentlichten Satz von 268 Proben von Stanley Karis. Fossilien wurden hauptsächlich in den 1980er und 1990er Jahren aus Gesteinsschichten oberhalb des berühmten Walcott-Steinbruchs im Burgess-Schiefer im Yoho-Nationalpark, British Columbia, Kanada, gesammelt und sind Teil der umfangreichen Sammlung von Burgess-Schiefer-Fossilien, die in ROM gefunden wurden.

Burgess Shale-Fossilien befinden sich in den Nationalparks Yoho und Kootenay und werden von Parks Canada verwaltet. Parks Canada ist stolz darauf, mit führenden wissenschaftlichen Forschern zusammenzuarbeiten, um das Wissen und Verständnis dieser Schlüsselperiode in der Erdgeschichte zu erweitern und diese Stätten durch preisgekrönte Wandertouren mit der Welt zu teilen. Der Burgess Shale wurde 1980 aufgrund seines herausragenden universellen Wertes zum UNESCO-Weltkulturerbe erklärt und ist heute Teil des größten Weltkulturerbes für die Parks der kanadischen Rocky Mountains.

Fossilien Stanley Karis Es kann vom Publikum in der neuen Burgess Shale-Fossilienshow an gesehen werden Wellner Madge Gallery, Morgendämmerung des Lebens im ROM.

Referenz: „Triokulare Strahlung mit versteinerter Neuroanatomie erzählt vom Ursprung und der Segmentierung des Arthropodenkopfes“ von Joseph Moisiuk und Jean-Bernard Caron, 8. Juli 2022, aktuelle Biologie.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Größere Forschungsgelder kamen vom National Council for Scientific and Engineering Research in Kanada durch ein Vanier Canada Graduate Grant an Moysiuk und ein Discovery Grant (Nr. 341944) an Caron.