Ископаемое с указателем: Микроокаменелости рассказывают большую историю об эволюции членистоногих

Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что крошечная окаменелость морского существа, жившего более полумиллиарда лет назад, проливает новый свет на эволюцию членистоногих — самой богатой видами и успешной группы животных на Земле.

Одной из последних загадок в эволюции членистоногих было разделение древа жизни на две крупнейшие группы: мандибуляты (насекомые, ракообразные, многоножки) и хелицеровые (пауки, скорпионы и их родственники).

Новый анализ окаменелостей вымершего сегментированного существа Jiangfengia multisegmentalis показал, что этот образец является ключевым для разделения ранних мандибулят и хелицеровых.

Команда под руководством Николаса Штраусфельда из Университета Аризоны выявила мельчайшие детали окаменелого мозга Jiangfengia, которые однозначно помещают его в предков мандибулят, а не хелицеровых, как предполагалось ранее.

Классификация Jiangfengia как предка хелицеровых основывалась на его парных хватательных конечностях, отходящих от головы. Эта черта относила его к группе вымерших существ мегахейр (греч. "большие руки").

Два наиболее хорошо сохранившихся образца мегахейр, живших около 525 миллионов лет назад, — это Jianfengia (имел сложные глаза) и Alalcomenaeus (имел меньше сегментов и две пары простых глаз). Оба традиционно объединялись как мегахейры с предположением, что их головные придатки являются предшественниками хелицер (клыков) пауков.

Исследование показало, что история сложнее. Окаменелые мозги Jianfengia и Alalcomenaeus не только морфологически различны, но и представляют предков двух основных групп членистоногих, а не одной.

Голова Jianfengia (шириной всего 2 мм) имеет короткий панцирный покров, из которого выходят "большие придатки". Впереди них — парные глазные стебельки со сложными глазами, как у насекомых и ракообразных, а также не менее трёх простых глаз.

Реконструкция нервной системы Jianfengia по четырём образцам показала мозг, форма которого соответствует мозгу современной креветки или рака, а также элементы более простого строения, как у мелких ракообразных (например, артемий).

Эти находки привели к выводу, что Jianfengia был ранее неправильно классифицирован как ранний хелицерат, тогда как Alalcomenaeus уже был показан как имеющий мозг, похожий на мозг мечехвоста (Limulus).

"Наши результаты показывают, что тщательное изучение окаменелых нейронных остатков может дать мощные данные об эволюционных связях, которые невозможно получить только по признакам экзоскелета", — сказал Штраусфельд.

Соавтор Фрэнк Хёрт подчеркнул: "Организация их окаменелых мозгов идеально соответствует таковой у ныне живущих членистоногих, что говорит о чрезвычайной устойчивости их древних генетических и развивающих компонентов".

Окаменелости были найдены в знаменитом местонахождении кембрийского периода (около 540–480 млн лет назад) в провинции Юньнань, Китай. Нейронные следы в окаменелостях очень тонкие, но их можно усилить, повысив контраст.

"То, что мы увидели, было неожиданным: мозг выглядит очень современно, сравним с мозгом ныне живущего ракообразного", — отметил Штраусфельд.

Филогенетический анализ на основе нейронных признаков подтвердил, что Jianfengia находится у корня всех мандибулят, а Alalcomenaeus — у корня хелицеровых.

Команда пришла к выводу, что "большие придатки" Jianfengia позже модифицировались в антеннулы современных мандибулят, а "большие придатки" Alalcomenaeus превратились в клыкоподобные хелицеры современных хелицеровых.

"У хелицеровых эти 'большие придатки' уменьшились и в итоге стали паучьими клыками. У мандибулят эволюция модифицировала их в сегментированные антеннулы", — пояснил Штраусфельд.

Живым подтверждением этой гипотезы служат современные остракоды — мелкие морские ракообразные с антеннулами, оканчивающимися клешнями. Похоже, "большие придатки", которые мы видим в окаменелостях возрастом более полумиллиарда лет, не были полностью утрачены.