Исследования, проведенные профессором Регентов Университета Аризоны Ником Страусфельдом и Грегом Эджкомбом из Лондонского музея естественной истории, показали, что предки хелицератов (пауки, скорпионы и их родственники) ответвились от генеалогического древа других членистоногих, включая насекомых, ракообразных и многоножек. — более полумиллиарда лет назад.Команда обнаружила самую раннюю известную полную нервную систему, прекрасно сохранившуюся в окаменелых останках никогда ранее не описанного существа, которое ползало или плавало в океане 520 миллионов лет назад.Описанная в текущем выпуске журнала Nature, находка принадлежит к вымершей группе морских членистоногих, известных как мегачейран (греч. «Большие когти»), и решает давнюю загадку того, где эта группа находится на древе жизни.«Теперь мы знаем, что центральная нервная система мегачейран очень похожа на сегодняшних подковообразных крабов и скорпионов», — сказал старший автор исследования Николас Штраусфельд, профессор кафедры нейробиологии Университета Аризоны. «Это означает, что предки пауков и их родственники жили бок о бок с предками ракообразных в нижнем кембрии».
Ученые идентифицировали существо длиной 3 сантиметра (чуть более дюйма), обнаруженное в знаменитой формации Чэнцзян недалеко от Куньмина на юго-западе Китая, как представителя вымершего рода Alalcomenaeus. Животные в этой группе имели удлиненное сегментированное тело, снабженное примерно дюжиной пар придатков тела, позволяющих животному плавать или ползать, или и то, и другое.
У всех была пара длинных ножничных придатков, прикрепленных к голове, скорее всего, для хватательных или сенсорных целей, что дало им общее название — мегачейранцы.Соавтор Грег Эджкомб сказал, что некоторые палеонтологи использовали внешний вид так называемого большого придатка, чтобы сделать вывод о том, что мегачейры связаны с хелицератами, основываясь на том факте, что большой придаток и клыки паука или скорпиона имеют «локтевой сустав» между их базальной частью и клешнеобразным кончиком.
«Тем не менее, это не было твердо как скала, потому что другие выстроили большой придаток либо на сегмент перед паутинными клыками, либо на сегмент позади них», — сказал Эджкомб. «Теперь нам удалось добавить прямые свидетельства того, из какого сегмента мозга нервы направляются в большой придаток. Это второй сегмент, такой же, как в клыках или хелицерах.
Впервые мы можем проанализировать, как сегменты этих ископаемых членистоногих выстраиваются друг с другом так же, как и мы с живыми видами, — используя их нервную систему ».Команда проанализировала окаменелость, применив различные методы визуализации и обработки изображений, используя отложения железа, которые выборочно накапливались в нервной системе во время окаменелости.Чтобы сделать нейронные структуры видимыми, исследователи использовали компьютерную томографию (КТ) — методику, позволяющую реконструировать трехмерные особенности внутри образца. Однако «компьютерная томография не показала достаточно однозначно очертания нервной системы, — сказал Штраусфельд, — в то время как метод сканирования с помощью лазера, картирующий распределение химических элементов, показал отложения железа, очерчивающие нервную систему почти так же убедительно, но с небольшими различиями. "Затем группа применила передовые методы визуализации к сканированным изображениям, сначала наложив пурпурный цвет сканирования отложений железа на зеленый цвет сканирования CT, а затем вычтя два.
«Мы отбросили все данные изображения, которые не присутствовали в обоих сканированных изображениях», — пояснил Штраусфельд. «Там, где они накладывались друг на друга, пурпурный и зеленый добавлялись друг к другу, показывая сохранившуюся нервную систему в виде белой структуры, которую мы затем перевернули».Это привело к тому, что напоминало негативную рентгеновскую фотографию окаменелости.«Белые структуры теперь стали черными, — сказал Штраусфельд, — и эта прекрасная нервная система раскрылась в поразительных деталях».Сравнение структуры ископаемой нервной системы с нервными системами подковообразных крабов и скорпионов не оставляло сомнений в том, что 520-миллионный Алалкомен был членом хелицератов.
В частности, окаменелость показывает типичные признаки мозга скорпионов и пауков: три кластера нервных клеток, известных как ганглии, слились вместе, так как мозг также слился с некоторыми ганглиями тела животного. Это отличается от ракообразных, где ганглии расположены дальше друг от друга и связаны длинными нервами, как ступеньки веревочной лестницы.Другие диагностические признаки включают переднее положение кишечного отверстия в головном мозге и расположение зрительных центров снаружи и внутри мозга, обеспечиваемых двумя парами глаз, как у подковообразных крабов.Чтобы сделать анализ более надежным, исследователи затем добавили эти особенности к существующему каталогу, включающему около 150 характеристик, используемых при построении эволюционных отношений между членистоногими на основе нейроанатомических особенностей.
«Грег включил эти характеристики в компьютерный кладистический анализ, чтобы спросить:« Где это окаменелость появляется в дереве отношений? »», — сказал Штраусфельд. «Наша окаменелость Alalcomenaeus появилась вместе с современными хелицератами».Но, по словам Штраусфельда, на этом история не заканчивается.«Выдающиеся придатки, которые дали мегачейранам свое название, явно использовались для захвата и удержания и, вероятно, для сенсорных входов.
Части мозга, которые обеспечивают проводку, где возникают эти большие придатки, очень велики в этой окаменелости. Судя по их местоположению, теперь мы можем сказать, что кусающий ротовой аппарат пауков и их родственников произошел от этих придатков ».Менее года назад та же исследовательская группа опубликовала открытие окаменелого мозга в ископаемом Fuxianhuia protensa возрастом 520 миллионов лет, что показало неожиданное сходство со сложным мозгом современного ракообразного.
«Наша новая находка интересна, потому что она показывает, что мандибулы (к которым принадлежат ракообразные) и хелицераты уже существовали как две разные эволюционные траектории 520 миллионов лет назад, а это означает, что их общий предок, должно быть, существовал намного глубже во времени», — сказал Штраусфельд. «Мы ожидаем найти окаменелости животных, которые сохранились с более древних времен, и я надеюсь, что однажды мы найдем предковый тип наземных структур как нижнечелюстной, так и хелицератной нервной системы. Они должны были откуда-то взяться.
Теперь поиск горит. "Для этого исследовательского проекта Штраусфельд объединился с Генго Танакой из Японского агентства морской науки и технологий в Йокосуке, Япония; Сянгуан Хоу, директор Ключевой лаборатории палеобиологии Юньнаньского университета в Куньмине, Китай, и его коллега Сяоя Ма, который в настоящее время работает с Грегори Эджкомбом в отделе палеонтологии Музея естественной истории в Лондоне.