500 Millionen Jahre alte versteinerte Gehirne von Stanleycaris regen zum Umdenken in der Evolution von Insekten und Spinnen an

Das Royal Ontario Museum enthüllte neue Forschungsergebnisse, die auf einem Cache mit Fossilien basieren, der das Gehirn und das Nervensystem eines eine halbe Milliarde Jahre alten Meeresräubers aus dem Burgess-Schiefer namens Stanleycaris enthält. Stanleycaris gehörte zu einem alten, ausgestorbenen Ableger des Arthropoden-Evolutionsbaums namens Radiodonta, der entfernt mit modernen Insekten und Spinnen verwandt ist. Diese Ergebnisse geben Aufschluss über die Evolution des Arthropodengehirns, der Sehkraft und der Kopfstruktur. Die Ergebnisse wurden in dem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel „Ein dreiäugiger Radiodont mit versteinerter Neuroanatomie informiert über den Ursprung des Arthropodenkopfes und die Segmentierung“ bekannt gegeben Aktuelle Biologie.

Es ist das, was in Stanleycaris‘ Kopf vorgeht, was die Forscher am meisten begeistert. Bei 84 der Fossilien sind die Überreste von Gehirn und Nerven noch nach 506 Millionen Jahren erhalten.

„Während versteinerte Gehirne aus der Kambrischen Zeit nicht neu sind, zeichnet sich diese Entdeckung durch die erstaunliche Qualität der Erhaltung und die große Anzahl von Exemplaren aus“, sagte Joseph Moysiuk, Hauptautor der Forschung und einer University of Toronto (U of T) Ph.D. Kandidat in Ökologie und Evolutionsbiologie am Royal Ontario Museum. „Wir können sogar feine Details wie visuelle Verarbeitungszentren erkennen, die die großen Augen versorgen, und Spuren von Nerven, die in die Gliedmaßen eindringen. Die Details sind so klar, als würden wir ein Tier betrachten, das gestern gestorben ist.“

Die neuen Fossilien zeigen, dass das Gehirn von Stanleycaris aus zwei Segmenten bestand, dem Protocerebrum und dem Deutocerebrum, die mit den Augen bzw. Stirnklauen verbunden waren. „Wir schließen daraus, dass ein zweigeteilter Kopf und ein Gehirn tiefe Wurzeln in der Arthropoden-Linie haben und dass seine Entwicklung wahrscheinlich dem dreisegmentigen Gehirn vorausging, das alle lebenden Mitglieder dieses vielfältigen Tierstamms charakterisiert“, fügte Moysiuk hinzu.

Bei heutigen Arthropoden wie Insekten besteht das Gehirn aus Protocerebrum, Deutocerebrum und Tritocerebrum. Während der Unterschied eines Segments nicht bahnbrechend klingt, hat er tatsächlich radikale wissenschaftliche Implikationen. Da wiederholte Kopien vieler Arthropodenorgane in ihren segmentierten Körpern zu finden sind, ist es entscheidend, herauszufinden, wie sich Segmente zwischen verschiedenen Arten aneinanderreihen, um zu verstehen, wie sich diese Strukturen innerhalb der Gruppe diversifiziert haben. „Diese Fossilien sind wie ein Rosetta-Stein und helfen, Merkmale bei Radiodonten und anderen frühen fossilen Arthropoden mit ihren Gegenstücken in überlebenden Gruppen zu verknüpfen.“

Zusätzlich zu seinem Paar gestielter Augen besaß Stanleycaris ein großes zentrales Auge an der Vorderseite seines Kopfes, ein Merkmal, das noch nie zuvor bei einem Radiodonten aufgefallen war. „Das Vorhandensein eines riesigen dritten Auges in Stanleycaris war unerwartet. Es unterstreicht, dass diese Tiere noch bizarrer aussahen, als wir dachten, aber es zeigt uns auch, dass die frühesten Arthropoden bereits eine Vielzahl komplexer visueller Systeme entwickelt hatten, wie viele ihrer modernen Verwandten“, sagte Dr. Jean-Bernard Caron, Richard Ivey-Kurator für Paläontologie der wirbellosen Tiere bei ROM, und Moysiuks Ph.D. Supervisor. „Da die meisten Radiodonten nur aus verstreuten Teilen bekannt sind, ist diese Entdeckung ein entscheidender Schritt nach vorne, um zu verstehen, wie sie aussahen und wie sie lebten“, fügte Caron hinzu, der auch außerordentlicher Professor an der U of T ist, in Ecology & Evolution und Geowissenschaften.

In der kambrischen Zeit gehörten zu den Radiodonten einige der größten Tiere der Welt, wobei das berühmte „seltsame Wunder“ Anomalocaris eine Länge von mindestens 1 Meter erreichte. Mit nicht mehr als 20 cm Länge war Stanleycaris klein für seine Gruppe, aber zu einer Zeit, als die meisten Tiere nicht größer als ein menschlicher Finger wurden, wäre es ein beeindruckendes Raubtier gewesen. Das ausgeklügelte Sinnes- und Nervensystem von Stanleycaris hätte es ihm ermöglicht, kleine Beute in der Dunkelheit effizient auszusuchen.

Mit großen Facettenaugen, einem beeindruckend aussehenden runden Mund, der mit Zähnen gesäumt ist, Frontklauen mit einer beeindruckenden Reihe von Stacheln und einem flexiblen, segmentierten Körper mit einer Reihe von Schwimmflügeln an den Seiten, wäre Stanleycaris der Stoff für Albträume gewesen kleiner Bodenbewohner, der unglücklicherweise seinen Weg kreuzt.

Über den Burgess-Schiefer

Für diese Forschung untersuchten Moysiuk und Caron eine zuvor unveröffentlichte Sammlung von 268 Exemplaren von Stanleycaris. Die Fossilien wurden hauptsächlich in den 1980er und 90er Jahren aus Gesteinsschichten oberhalb des berühmten Walcott-Steinbruchs im Burgess-Schiefer im Yoho-Nationalpark, BC, Kanada, gesammelt und sind Teil der umfangreichen Sammlung von Burgess-Schiefer-Fossilien, die im ROM untergebracht sind.

Die Fossillagerstätten von Burgess Shale befinden sich in den Nationalparks Yoho und Kootenay und werden von Parks Canada verwaltet. Parks Canada ist stolz darauf, mit führenden wissenschaftlichen Forschern zusammenzuarbeiten, um das Wissen und Verständnis dieser Schlüsselperiode der Erdgeschichte zu erweitern und diese Stätten durch preisgekrönte geführte Wanderungen mit der Welt zu teilen. Der Burgess Shale wurde 1980 aufgrund seines außergewöhnlichen universellen Wertes zum UNESCO-Weltkulturerbe erklärt und ist heute Teil des größeren kanadischen Rocky Mountain Parks World Heritage Site.

Fossilien von Stanleycaris können von der Öffentlichkeit in der neuen Burgess Shale-Fossilienausstellung in der Willner Madge Gallery, Dawn of Life at ROM, besichtigt werden.

Zur Verfügung gestellt vom Royal Ontario Museum