‘Asombrosos’ cerebros fosilizados de 500 millones de años de antigüedad incitan a repensar la evolución de insectos y arañas

Stanleycaris Hirpex. Crédito: Sabrina Capelli © Museo Real de Ontario

Un antiguo radiodonte depredador de tres ojos revela información clave sobre la evolución del plan corporal de los artrópodos.

Una nueva investigación basada en un alijo de fósiles que contienen el cerebro y el sistema nervioso de un depredador marino de 500 millones de años de Burgess Shale llamado stanleycaris fue revelado por el Museo Real de Ontario (ROM). Perteneciente a una rama antigua y extinta del árbol evolutivo de los artrópodos llamado Radiodonta, stanleycaris está lejanamente relacionado con los insectos y las arañas modernos. Estos resultados arrojan luz sobre la evolución del cerebro, la visión y la estructura de la cabeza de los artrópodos.

“Los detalles son tan claros que es como mirar un animal muerto ayer”.

— jose moysiuk

Los resultados se anunciaron en el artículo de investigación, “Un radiodonte de tres ojos con neuroanatomía fosilizada informa el origen de la cabeza y la segmentación del artrópodo”, publicado el 5 de julio de 2022 en la revista biología actual.

Pareja de ejemplares fósiles de Stanleycaris hirpex, ejemplar ROMIP 65674.1-2. Crédito: Foto de Jean-Bernard Caron, © Museo Real de Ontario

Lo que más emociona a los científicos es lo que hay dentro stanleycaris‘ cabeza. Los restos de cerebro y nervios aún se conservan después de 506 millones de años en 84 de los fósiles.

“Aunque los cerebros fosilizados del período Cámbrico no son nuevos, este descubrimiento destaca por la asombrosa calidad de conservación y la gran cantidad de especímenes”, dijo Joseph Moysiuk, autor principal de la investigación y profesor de la Universidad de Toronto (U of T). . Candidato a doctorado en ecología y biología evolutiva, con sede en el Museo Real de Ontario. “Incluso podemos distinguir detalles finos, como centros de procesamiento visual que sirven a los ojos grandes y rastros de nervios que ingresan a los apéndices. Los detalles son tan claros que es como mirar un animal muerto ayer.

Animación del plato giratorio de Stanleycaris hirpex, incluida la transparencia para mostrar los órganos internos. Crédito: Animación de Sabrina Capelli © Museo Real de Ontario

Los nuevos fósiles revelan que el cerebro de stanleycaris estaba compuesto por dos segmentos, el protocerebrum, conectado a los ojos, y el deutocerebrum, conectado a las garras frontales.

“Concluimos que una cabeza y un cerebro de dos segmentos tienen raíces profundas en el linaje de los artrópodos y que su evolución probablemente precedió al cerebro de tres segmentos que caracteriza a todos los miembros vivos de este diverso filo animal”, agregó Moysiuk.

En los artrópodos modernos como los insectos, el cerebro está formado por protocerebrum, deutocerebrum y tritocerebrum. Aunque la diferencia en un segmento puede no parecer revolucionaria, en realidad tiene implicaciones científicas radicales. Dado que se pueden encontrar copias repetidas de muchos órganos de artrópodos en sus cuerpos segmentados, comprender cómo se alinean los segmentos entre diferentes especies es fundamental para comprender cómo se han diversificado estas estructuras en todo el grupo.

“Estos fósiles son como una piedra de Rosetta, que ayudan a conectar los rasgos de los radiodontes y otros artrópodos fósiles tempranos con sus contrapartes en los grupos sobrevivientes”.

Reconstrucción de una pareja de Stanleycaris hirpex; el individuo superior ha aumentado la transparencia exterior para mostrar los órganos internos. El sistema nervioso se muestra en beige claro, el sistema digestivo en rojo oscuro. Crédito: Ilustración de Sabrina Capelli © Museo Real de Ontario

Además de su par de ojos acechados, stanleycaris poseía un gran ojo central en la parte delantera de su cabeza, una característica nunca antes notada en un radiodonte. “La presencia de un enorme tercer ojo en stanleycaris fue inesperado Esto destaca que estos animales se veían aún más extraños de lo que pensábamos, pero también nos muestra que los primeros artrópodos ya habían desarrollado una variedad de sistemas visuales complejos, como muchos de sus parientes modernos”, dijo el Dr. Bernard Caron, Richard Ivey de la ROM. Curador de paleontología de invertebrados y director de tesis de Moysiuk. “Dado que la mayoría de los radiodontes solo se conocen a partir de fragmentos dispersos, este descubrimiento es un avance crucial para comprender cómo se veían y cómo vivían”, agregó Caron, quien también es profesor asociado en la ‘U of T, en Ecología y Evolución. y Ciencias de la Tierra.

Resumen del artículo, que muestra la interpretación del sistema nervioso a partir de los fósiles de Stanleycaris y las implicaciones para comprender la evolución del cerebro de los artrópodos. El cerebro se muestra en rojo y los cordones nerviosos en púrpura. Crédito: Foto de Jean-Bernard Caron © Museo Real de Ontario

En el Cámbrico, los radiodontes incluían algunos de los animales más grandes del mundo, con la famosa “extraña maravilla”. Anomalocaris alcanzando al menos 1 metro de longitud. Mide no más de 20 cm de largo, stanleycaris era pequeño para su manada, pero en una época en la que la mayoría de los animales no superaban el tamaño de un dedo humano, habría sido un depredador impresionante. stanleycarisLos sofisticados sistemas sensoriales y nerviosos le habrían permitido detectar de manera eficiente presas pequeñas en la oscuridad.

Reconstrucción del Stanleycaris hirpex. Crédito: Arte de Sabrina Capelli © Museo Real de Ontario

Con grandes ojos compuestos, una formidable boca circular llena de dientes, garras frontales con una impresionante variedad de espinas y un cuerpo flexible y segmentado con una serie de aletas de natación a lo largo de sus costados, stanleycaris habría sido materia de pesadillas para cualquier pequeño habitante del fondo lo suficientemente desafortunado como para cruzarse en su camino.

Acerca de Burgess Shale

Para esta investigación, Moysiuk y Caron estudiaron una colección inédita de 268 especímenes de stanleycaris. Los fósiles se recolectaron principalmente en las décadas de 1980 y 1990 de las capas de roca sobre el famoso sitio de la cantera Walcott de Burgess Shale en el Parque Nacional Yoho, Columbia Británica, Canadá, y son parte de la extensa colección de fósiles de Burgess Shale alojados en la ROM.

Los yacimientos de fósiles de Burgess Shale están ubicados en los parques nacionales de Yoho y Kootenay y son administrados por Parks Canada. Parks Canada se enorgullece de trabajar con investigadores científicos líderes para profundizar el conocimiento y la comprensión de este período clave en la historia de la Tierra y compartir estos sitios con el mundo a través de caminatas guiadas galardonadas. Burgess Shale fue designado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO en 1980 debido a su Valor Universal Excepcional y ahora forma parte del Patrimonio de la Humanidad de los Parques de las Montañas Rocosas de Canadá.

fósiles de stanleycaris puede ser visto por el público en la nueva Exhibición de Fósiles de Burgess Shale en el Galería Willner Madge, amanecer de la vida en la ROM.

Referencia: “Un radiodonte de tres ojos con neuroanatomía fosilizada informa el origen de la cabeza y la segmentación del artrópodo” por Joseph Moysiuk y Jean-Bernard Caron, 8 de julio de 2022, biología actual.
DOI: 10.1016/j.cub.2022.06.027

El principal apoyo financiero para la investigación provino del Consejo Nacional de Investigación de Ciencia e Ingeniería de Canadá, a través de una Beca de posgrado de Vanier Canadá para Moysiuk y una Beca de descubrimiento (# 341944) para Caron.