تحثّ الأدمغة المتحجرة “المذهلة” التي يعود تاريخها إلى 500 مليون عام على إعادة التفكير في تطور الحشرات والعناكب

ستانلي كاريس هيربيكس. الائتمان: Sabrina Cappelli © متحف أونتاريو الملكي

يكشف مفترس قديم ذو ثلاث عيون عن معلومات أساسية حول تطور مخطط جسم المفصليات.

بحث جديد يعتمد على مخبأ من الحفريات يحتوي على الدماغ والجهاز العصبي لمفترس بحري عمره نصف مليار سنة من بورغيس شيل يسمى ستانلي كاريس تم الكشف عنها من قبل متحف أونتاريو الملكي (ROM). ينتمي إلى فرع قديم منقرض من شجرة تطورية مفصلية تسمى Radiodonta ، ستانلي كاريس يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالحشرات والعناكب الحديثة. سلطت هذه النتائج الضوء على تطور دماغ المفصليات ، والرؤية ، وهيكل الرأس.

“التفاصيل واضحة للغاية وكأننا ننظر إلى حيوان مات بالأمس.”

– جوزيف مويسيوك

تم الإعلان عن النتائج في الورقة البحثية ، “اللثة الإشعاعية ثلاثية العيون مع التشريح العصبي الأحفوري تُعلم أصل رأس المفصليات والتجزئة” ، التي نُشرت في 5 يوليو 2022 ، في المجلة علم الأحياء الحالي.

زوج من العينات الأحفورية لـ Stanleycaris hirpex ، عينة ROMIP 65674.1-2. مصدر الصورة: تصوير جان برنارد كارون ، © متحف أونتاريو الملكي

أكثر ما يثير اهتمام العلماء هو ما بداخله ستانلي كاريس‘ رأس. لا تزال بقايا المخ والأعصاب محفوظة بعد 506 ملايين سنة في 84 من الحفريات.

قال جوزيف مويسيوك ، المؤلف الرئيسي للبحث وجامعة تورنتو (U of T): “في حين أن الأدمغة المتحجرة من العصر الكمبري ليست جديدة ، إلا أن هذا الاكتشاف يبرز من حيث الجودة المذهلة للحفظ والعدد الكبير من العينات”. مرشح لنيل درجة الدكتوراه في علم البيئة وعلم الأحياء التطوري ، في متحف أونتاريو الملكي. “يمكننا حتى تقديم تفاصيل دقيقة مثل مراكز المعالجة المرئية التي تخدم العيون الكبيرة وآثار الأعصاب التي تدخل الزوائد. التفاصيل واضحة للغاية كما لو كنا ننظر إلى حيوان مات بالأمس “.

https://www.youtube.com/watch؟v=DfqWGaxnwSc
الرسوم المتحركة للقرص الدوار لـ Stanleycaris hirpex ، بما في ذلك الشفافية لإظهار الأعضاء الداخلية. الائتمان: الرسوم المتحركة من قبل Sabrina Cappelli © متحف أونتاريو الملكي

تكشف الحفريات الجديدة أن دماغ ستانلي كاريس كان يتألف من جزأين ، protocerebrum ، متصل بالعيون ، و deutocerebrum ، متصل بالمخالب الأمامية.

وأضاف مويسيوك: “نستنتج أن الرأس والدماغ ذي الجزأين لهما جذور عميقة في سلالة المفصليات وأن تطورها يسبق على الأرجح الدماغ المكون من ثلاثة أقسام والذي يميز جميع الأعضاء الأحياء في هذه الشعبة الحيوانية المتنوعة”.

في المفصليات الحالية مثل الحشرات ، يتكون الدماغ من protocerebrum و deutocerebrum و tritocerebrum. في حين أن الاختلاف في المقطع قد لا يبدو أنه يغير قواعد اللعبة ، إلا أنه في الواقع له آثار علمية جذرية. نظرًا لأنه يمكن العثور على نسخ متكررة من العديد من أعضاء المفصليات في أجسامهم المجزأة ، فإن معرفة كيفية اصطفاف الأجزاء بين الأنواع المختلفة هو المفتاح لفهم كيفية تنوع هذه الهياكل عبر المجموعة.

“هذه الحفريات مثل حجر رشيد ، تساعد على ربط السمات في الرادياتير وغيرها من مفصليات الأرجل المبكرة مع نظيراتها في المجموعات الباقية.”

إعادة بناء زوج من Stanleycaris hirpex ؛ الفرد العلوي لديه شفافية خارجية متزايدة لإظهار الأعضاء الداخلية. يظهر الجهاز العصبي باللون البيج الفاتح والجهاز الهضمي باللون الأحمر الداكن. الائتمان: رسم توضيحي لـ Sabrina Cappelli © متحف أونتاريو الملكي

بالإضافة إلى زوج من العيون المطاردة ، ستانلي كاريس يمتلك عينًا مركزية كبيرة في مقدمة رأسه ، وهي ميزة لم تُلاحظ من قبل في مجال الأشعة الراديوية. “وجود عين ثالثة ضخمة في ستانلي كاريس كان غير متوقع. إنه يؤكد أن هذه الحيوانات كانت تبدو أكثر غرابة مما كنا نظن ، ولكنها توضح لنا أيضًا أن المفصليات الأقدم قد طورت بالفعل مجموعة متنوعة من الأنظمة المرئية المعقدة مثل العديد من أقاربها الحديثين “قال الدكتور جان برنارد كارون ، ريتشارد آيفي من ROM. أمين علم الحفريات اللافقارية ، ومشرفة الدكتوراه في Moysiuk. أضاف كارون ، وهو أيضًا أستاذ مشارك في U of T ، في علم البيئة و التطور وعلوم الأرض.

ملخص ورقي ، يوضح تفسير الجهاز العصبي من أحافير ستانلي كاريس وآثاره على فهم تطور دماغ المفصليات. يتم تمثيل المخ باللون الأحمر والحبال العصبية باللون الأرجواني. مصدر الصورة: تصوير جان برنارد كارون © متحف أونتاريو الملكي

في العصر الكمبري ، اشتملت Radiodonts على بعض أكبر الحيوانات الموجودة حولها ، مع “عجائب غريبة” الشهيرة أنومالوكاريس يصل طوله إلى متر واحد على الأقل. بطول لا يزيد عن 20 سم ، ستانلي كاريس كانت صغيرة بالنسبة لمجموعتها ، ولكن في الوقت الذي لم تكن فيه معظم الحيوانات أكبر من إصبع الإنسان ، كان من الممكن أن يكون مفترسًا مثيرًا للإعجاب. ستانلي كاريسكانت الأنظمة الحسية والعصبية المتطورة ستمكّنها من انتقاء الفرائس الصغيرة بكفاءة في الظلام.

إعادة بناء Stanleycaris hirpex. حقوق الصورة: Art by Sabrina Cappelli © متحف أونتاريو الملكي

بعيون مركبة كبيرة ، فم دائري رائع المظهر مبطّن بالأسنان ، مخالب أمامية مع مجموعة رائعة من الأشواك ، وجسم مرن مقسم بسلسلة من اللوحات السباحة على جانبيها ، ستانلي كاريس كان يمكن أن يكون مادة كوابيس لأي ساكن صغير في القاع سيئ الحظ بما يكفي لعبور طريقه.

حول بورغيس شيل

من أجل هذا البحث ، درس Moysiuk و Caron مجموعة لم تُنشر سابقًا من 268 عينة من ستانلي كاريس. تم جمع الأحافير بشكل أساسي في الثمانينيات والتسعينيات من القرن الماضي من طبقات الصخور فوق موقع Walcott Quarry الشهير في Burgess Shale في متنزه Yoho الوطني ، كولومبيا البريطانية ، كندا ، وهي جزء من المجموعة الواسعة من أحافير Burgess Shale الموجودة في ROM.

تقع مواقع أحافير Burgess Shale داخل متنزهات Yoho و Kootenay الوطنية وتديرها شركة Parks Canada. تفخر باركس كندا بالعمل مع باحثين علميين رائدين لتوسيع نطاق المعرفة والفهم لهذه الفترة الرئيسية من تاريخ الأرض ومشاركة هذه المواقع مع العالم من خلال رحلات مشي حائزة على جوائز. تم تصنيف Burgess Shale كموقع للتراث العالمي لليونسكو في عام 1980 نظرًا لقيمته العالمية المتميزة وهو الآن جزء من أكبر موقع للتراث العالمي لمنتزهات جبال روكي الكندية.

أحافير ستانلي كاريس يمكن رؤيته من قبل الجمهور في عرض أحافير Burgess Shale الجديد في معرض ويلنر مادج ، فجر الحياة في ROM.

المرجع: “إشعاع ثلاثي العيون مع تشريح عصبي متحجر يخبرنا عن أصل رأس المفصليات وتجزئة” بقلم جوزيف مويسيوك وجان برنارد كارون ، 8 يوليو 2022 ، علم الأحياء الحالي.
DOI: 10.1016 / j.cub.2022.06.027

جاء دعم تمويل الأبحاث الرئيسية من المجلس القومي للبحوث العلمية والهندسية في كندا ، من خلال منحة Vanier Canada للخريجين إلى Moysiuk ومنحة Discovery Grant (رقم 341944) إلى Caron.