5亿年前的“惊人”大脑化石促使人们重新思考昆虫和蜘蛛的进化

斯坦利·卡里斯·赫比克斯。 图片来源：Sabrina Cappelli © 皇家安大略博物馆

一种古老的三眼捕食者揭示了有关节肢动物身体结构进化的关键信息。

新的研究基于包含来自 Burgess 页岩的 5 亿年前海洋捕食者的大脑和神经系统的化石缓存，称为 斯坦利·卡里斯 由皇家安大略博物馆 (ROM) 揭幕。 它属于节肢动物进化树的一个古老的、已灭绝的分支，名为 Radiodonta， 斯坦利·卡里斯 它与现代昆虫和蜘蛛密切相关。 这些发现揭示了节肢动物的大脑发育、视力和头部结构。

“细节如此清晰，就像我们在看一只昨天死去的动物。”

– 约瑟夫·莫伊塞克

结果在 2022 年 7 月 5 日发表在《科学》杂志上的研究论文“具有化石神经解剖学的三眼射线照片告知节肢动物头部起源和分割”中公布。 当前生物学.

一对 Stanleycaris hirpex 化石标本，标本 ROMIP 65674.1-2。 图片来源：Jean-Bernard Caron，©皇家安大略博物馆

科学家最感兴趣的是里面的东西 斯坦利·卡里斯‘ 头。 在 84 块化石中，大脑和神经的残骸在 5.06 亿年后仍然保存完好。

“虽然寒武纪时期的大脑化石并不新鲜，但这一发现因其惊人的保存质量和大量标本而脱颖而出，”该研究的主要作者、多伦多大学 (U of T) 的约瑟夫·莫伊修克说。 安大略皇家博物馆生态学和进化生物学博士生。 “我们甚至可以提供精细的细节，例如为大眼睛服务的视觉处理中心和进入附肢的神经痕迹。细节如此清晰，就像我们在看昨天死去的动物一样。”

Stanleycaris hirpex 的转盘动画，包括显示内部器官的透明度。 图片来源：Sabrina Cappelli 的动画 © 皇家安大略博物馆

新化石揭示大脑 斯坦利·卡里斯 它由两部分组成，前脑，附着在眼睛上，后脑，附着在前爪上。

“我们得出的结论是，由两部分组成的头部和大脑在节肢动物谱系中有着深厚的根源，并且它的进化可能先于三部分大脑，而三部分大脑是这个多样化动物门中所有活体器官的特征，”Moiseuk 补充道。

在当今的节肢动物如昆虫中，大脑由原脑、后脑和三脑组成。 虽然剪辑中的差异似乎不会改变游戏规则，但它实际上具有重大的科学意义。 由于许多节肢动物成员的重复副本可以在其分段的身体中找到，因此了解不同物种之间的部分如何排列是了解这些结构如何在整个群体中变化的关键。

“就像罗塞塔石碑一样，这些化石有助于将散热器和其他早期节肢动物的特征与幸存群体中的对应物联系起来。”

重建一对 Stanleycaris hirpex； 上层个体具有增加的外部透明度以显示内部器官。 神经系统以浅米色显示，消化系统以深红色显示。 图片来源：Sabrina Cappelli 的插图 © 皇家安大略博物馆

再加上一双盯人的眼睛， 斯坦利·卡里斯 他的头部前部有一个大的中央眼睛，这是以前在放射学中没有观察到的特征。 拥有巨大的第三只眼 斯坦利·卡里斯 这是出乎意料的。 它证实了这些动物看起来比我们想象的更具异国情调，但也向我们展示了最早的节肢动物实际上进化出的复杂视觉系统与其现代近亲一样多，”ROM 的 Richard Ivey 让-伯纳德·卡隆博士说。无脊椎动物古生物学馆长，莫伊修克博士生导师，同时也是多伦多大学副教授的卡伦补充说，生态学、进化和地球科学。

论文摘要，说明了从 Stanley Karis 的化石对神经系统的解释及其对了解节肢动物大脑发育的影响。 大脑以红色表示，神经索以紫色表示。 图片来源：Jean-Bernard Caron © 皇家安大略博物馆

在寒武纪时期，Radiodonts 包括一些周围发现的最大的动物，以及它们著名的“奇异奇观” 异常 它达到至少一米的长度。 长度不超过20厘米， 斯坦利·卡里斯 它的范围很小，但在大多数动物不比人类手指大的时候，它会是一个令人印象深刻的捕食者。 斯坦利·卡里斯发达的感觉和神经系统使它们能够在黑暗中有效地选择小型猎物。

Stanleycaris hirpex 的重建。 图片来源：Sabrina Cappelli 的艺术 © 皇家安大略博物馆

复眼大，长着牙齿的圆嘴，前爪长着令人印象深刻的刺，灵活的身体被两侧的一系列游泳皮瓣分开， 斯坦利·卡里斯 对于任何不幸穿过他的道路的底部的小居民来说，这将是一场噩梦。

关于伯吉斯壳牌

在这项研究中，Moysiuk 和 Caron 研究了一组以前未发表的 268 个样本 斯坦利·卡里斯. 化石主要在 1980 年代和 1990 年代从加拿大不列颠哥伦比亚省幽鹤国家公园伯吉斯页岩著名的沃尔科特采石场上方的岩层中收集，是在 ROM 中发现的大量伯吉斯页岩化石的一部分。

伯吉斯页岩化石遗址位于幽鹤和库特尼国家公园内，由加拿大公园管理。 加拿大公园很荣幸能与领先的科学研究人员合作，扩大对地球历史这一关键时期的认识和理解，并通过屡获殊荣的徒步旅行与世界分享这些遗址。 伯吉斯页岩因其突出的普遍价值而于 1980 年被指定为联合国教科文组织世界遗产，现在是加拿大落基山脉公园最大的世界遗产的一部分。

化石 斯坦利·卡里斯 观众可以在新的伯吉斯页岩化石展中看到 Wellner Madge 画廊，生命的黎明 在 ROM 中。

参考文献：约瑟夫·莫伊修克和让-伯纳德·卡隆的“具有化石神经解剖学的三眼辐射讲述了节肢动物头部的起源和分割”，2022 年 7 月 8 日， 当前生物学.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

主要研究资金支持来自加拿大国家科学与工程研究委员会，通过向 Moysiuk 提供 Vanier Canada 研究生资助和向 Caron 提供发现资助（编号 341944）。