Otak fosil ‘menakjubkan’ yang berasal dari 500 juta tahun mendorong pemikiran ulang tentang evolusi serangga dan laba-laba

Predator kuno bermata tiga mengungkapkan informasi penting tentang evolusi rencana tubuh artropoda.

Penelitian baru didasarkan pada cache fosil yang mengandung otak dan sistem saraf predator laut berusia setengah miliar tahun dari Burgess Shale yang disebut Stanley Karis Diluncurkan oleh Royal Ontario Museum (ROM). Itu milik cabang pohon evolusi artropoda kuno yang sudah punah yang disebut Radiodonta, Stanley Karis Ini terkait erat dengan serangga dan laba-laba modern. Temuan ini menjelaskan perkembangan otak arthropoda, penglihatan, dan struktur kepala.

“Detailnya sangat jelas seperti kita sedang melihat hewan yang mati kemarin.”

– Joseph Moiseuk

Hasilnya diumumkan dalam makalah penelitian, “Radiografi tiga mata dengan neuroanatomi fosil menginformasikan asal dan segmentasi kepala arthropoda,” diterbitkan 5 Juli 2022, di jurnal Science. biologi saat ini.

Sepasang spesimen fosil Stanleycaris hirpex, spesimen ROMIP 65674.1-2. Sumber gambar: Jean-Bernard Caron, © Museum Royal Ontario

Apa yang paling menarik bagi para ilmuwan adalah apa yang ada di dalamnya Stanley Karis‘ kepala. Sisa-sisa otak dan saraf masih terawetkan setelah 506 juta tahun dalam 84 fosil.

“Sementara fosil otak dari periode Kambrium bukanlah hal baru, penemuan ini menonjol karena kualitas pelestarian yang luar biasa dan jumlah spesimen yang banyak,” kata Joseph Moisiuk, penulis utama penelitian dan Universitas Toronto (U of T). Kandidat PhD dalam Ekologi dan Biologi Evolusi, di Museum Royal Ontario. “Kami bahkan dapat memberikan detail halus seperti pusat pemrosesan visual yang melayani mata besar dan jejak saraf yang memasuki pelengkap. Detailnya sangat jelas seolah-olah kami sedang melihat hewan yang mati kemarin.”

Animasi meja putar Stanleycaris hirpex, termasuk transparansi untuk menunjukkan organ dalam. Kredit: Animasi oleh Sabrina Cappelli © Museum Royal Ontario

Fosil baru mengungkapkan bahwa otak Stanley Karis Ini terdiri dari dua bagian, protocerebrum, melekat pada mata, dan deutocerebrum, melekat pada cakar depan.

“Kami menyimpulkan bahwa dua bagian kepala dan otak memiliki akar yang dalam pada garis keturunan arthropoda dan bahwa evolusinya kemungkinan mendahului otak tiga bagian yang menjadi ciri semua organ hidup dalam filum hewan yang beragam ini,” tambah Moiseuk.

Pada arthropoda masa kini seperti serangga, otak terdiri dari protocerebrum, deutocerebrum, dan tritocerebrum. Meskipun perbedaan dalam klip mungkin tidak tampak seperti pengubah permainan, itu sebenarnya memiliki implikasi ilmiah yang drastis. Karena salinan berulang dari banyak anggota arthropoda dapat ditemukan di tubuh mereka yang tersegmentasi, mengetahui bagaimana bagian-bagian berbaris di antara spesies yang berbeda adalah kunci untuk memahami bagaimana struktur ini bervariasi di seluruh kelompok.

“Seperti Batu Rosetta, fosil-fosil ini membantu menghubungkan sifat-sifat radiator dan artropoda awal lainnya dengan rekan-rekan mereka dalam kelompok yang masih hidup.”

Rekonstruksi sepasang Stanleycaris hirpex; Individu atas memiliki peningkatan transparansi eksternal untuk menunjukkan organ internal. Sistem saraf ditampilkan dalam warna krem ​​muda dan sistem pencernaan dalam warna merah tua. Kredit: Ilustrasi oleh Sabrina Cappelli © Museum Royal Ontario

Ditambah sepasang mata yang mengintai, Stanley Karis Dia memiliki mata tengah yang besar di depan kepalanya, fitur yang sebelumnya tidak diamati dalam radiologi. Memiliki mata ketiga yang besar di Stanley Karis Itu tidak terduga. Ini menegaskan bahwa hewan-hewan ini terlihat lebih eksotis daripada yang kita duga, tetapi juga menunjukkan kepada kita bahwa artropoda paling awal sebenarnya berevolusi dengan beragam sistem visual yang kompleks seperti halnya kerabat modern mereka,” kata Dr. Jean-Bernard Caron, Richard Ivey dari ROM. Kurator Paleontologi Invertebrata, dan supervisor PhD Moysiuk, Karon, yang juga profesor di U of T, menambahkan, dalam bidang ekologi, evolusi, dan ilmu bumi.

Abstrak makalah, menggambarkan interpretasi sistem saraf dari fosil Stanley Karis dan implikasinya untuk memahami perkembangan otak arthropoda. Otak diwakili dalam warna merah dan tali saraf dalam warna ungu. Sumber gambar: Jean-Bernard Caron © Museum Royal Ontario

Pada periode Kambrium, Radiodont termasuk beberapa hewan terbesar yang ditemukan di sekitar, dengan “keajaiban aneh” mereka yang terkenal. anomali Panjangnya mencapai setidaknya satu meter. dengan panjang tidak lebih dari 20 cm, Stanley Karis Itu kecil untuk jangkauannya, tetapi pada saat kebanyakan hewan tidak lebih besar dari jari manusia, itu akan menjadi pemangsa yang mengesankan. Stanley KarisSistem sensorik dan saraf yang berkembang dengan baik akan memungkinkan mereka untuk memilih mangsa kecil secara efisien dalam gelap.

Rekonstruksi hirpex Stanleycaris. Kredit Gambar: Seni oleh Sabrina Cappelli © Museum Royal Ontario

Dengan mata majemuk yang besar, mulut bundar yang tampak indah dengan deretan gigi, cakar depan dengan serangkaian duri yang mengesankan, dan tubuh fleksibel yang dibagi oleh serangkaian sayap yang berenang di kedua sisi, Stanley Karis Itu akan menjadi mimpi buruk bagi setiap penghuni kecil di dasar yang cukup sial untuk melewati jalannya.

Tentang Burgess Shell

Untuk penelitian ini, Moysiuk dan Caron mempelajari kumpulan 268 sampel yang sebelumnya tidak dipublikasikan Stanley Karis. Fosil dikumpulkan terutama pada 1980-an dan 1990-an dari lapisan batuan di atas situs Walcott Quarry yang terkenal di Burgess Shale di Taman Nasional Yoho, British Columbia, Kanada, dan merupakan bagian dari koleksi ekstensif fosil Burgess Shale yang ditemukan di ROM.

Situs fosil Burgess Shale terletak di dalam Taman Nasional Yoho dan Kootenay dan dikelola oleh Parks Canada. Parks Canada dengan bangga bekerja dengan peneliti ilmiah terkemuka untuk memperluas pengetahuan dan pemahaman tentang periode penting dalam sejarah Bumi ini dan untuk membagikan situs-situs ini kepada dunia melalui tur jalan kaki yang memenangkan penghargaan. Burgess Shale ditetapkan sebagai Situs Warisan Dunia UNESCO pada tahun 1980 karena nilai universalnya yang luar biasa dan sekarang menjadi bagian dari Situs Warisan Dunia terbesar untuk taman-taman di Pegunungan Rocky Kanada.

fosil Stanley Karis Itu dapat dilihat oleh penonton di pertunjukan fosil Burgess Shale baru di Galeri Wellner Madge, Dawn of Life dalam ROM.

Referensi: “Radiasi tri-okular dengan neuroanatomi fosil menceritakan asal dan segmentasi kepala arthropoda” oleh Joseph Moisiuk dan Jean-Bernard Caron, 8 Juli 2022, biologi saat ini.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

Dukungan dana penelitian utama datang dari Dewan Nasional untuk Penelitian Ilmiah dan Teknik di Kanada, melalui Vanier Canada Graduate Grant kepada Moysiuk dan Discovery Grant (No. 341944) kepada Caron.