Paleontologen van de Universiteit van Toronto (U of T) en het Royal Ontario Museum (ROM) in Toronto hebben een klein maar uitzonderlijk woest oud zeewezen, genaamd Habelia optata dat heeft wetenschappers in verwarring gebracht sinds het meer dan een eeuw geleden voor het eerst werd ontdekt.

Het onderzoek van hoofdauteur Cédric Aria, recent afgestudeerd van het PhD-programma in de afdeling ecologie &evolutionaire biologie in de Faculteit der Letteren en Wetenschappen aan de U of T, en co-auteur Jean-Bernard Caron, senior conservator ongewervelde paleontologie aan de ROM en universitair hoofddocent bij de afdelingen ecologie &evolutionaire biologie en aardwetenschappen aan de U of T, wordt vandaag gepubliceerd in BMC Evolutionaire Biologie .

Ongeveer 2 cm lang met een staart zo lang als de rest van zijn lichaam, de lang uitgestorven Habelia optata behoort tot de groep van ongewervelde dieren die geleedpotigen worden genoemd, waaronder ook bekende wezens als spinnen, insecten, kreeften en krabben. Het leefde ongeveer 508 miljoen jaar geleden in het midden van het Cambrium en is afkomstig uit de beroemde fossielenafzetting van Burgess Shale in British Columbia. Habelia optata maakte deel uit van de "Cambrische explosie, " een periode van snelle evolutionaire verandering toen de meeste grote diergroepen voor het eerst opdoken in het fossielenbestand.

Zoals alle geleedpotigen, Habelia optata heeft een gesegmenteerd lichaam met uitwendig skelet en scharnierende ledematen. Wat decennia lang onduidelijk bleef, echter, was de belangrijkste subgroep van geleedpotigen waartoe Habelia behoorde. Vroege studies hadden mandibulaten genoemd - een hyperdiverse afstamming waarvan de leden antennes en een paar gespecialiseerde aanhangsels hebben die bekend staan ​​​​als kaken, meestal gebruikt om te begrijpen, knijp en verpletter hun voedsel. Maar Habelia werd later achtergelaten als een van de typisch onopgeloste geleedpotigen van de Burgess Shale.

De nieuwe analyse door de U van T-ROM-onderzoekers suggereert dat: Habelia optata was in plaats daarvan een naaste verwant van de voorouder van alle cheliceraten, de andere subgroep van geleedpotigen die tegenwoordig leeft, genoemd naar de aanwezigheid van aanhangsels genaamd chelicerae voor de mond en gebruikt om voedsel te snijden. Dit is voornamelijk te wijten aan de algehele anatomie van het hoofd Habelia , en de aanwezigheid van twee kleine chelicerae-achtige aanhangsels onthuld in deze fossielen.

" Habelia toont nu in groot detail de lichaamsarchitectuur waaruit cheliceraten voortkwamen, waarmee we een aantal al lang bestaande vragen kunnen oplossen, " zei Arie, die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan het Nanjing Institute of Geology and Paleontology, in China. "We kunnen nu uitleggen waarom, bijvoorbeeld, Degenkrabben hebben een verminderd paar ledematen - de chilaria - aan de achterkant van hun hoofd. Dat zijn overblijfselen van volledig gevormde aanhangsels, aangezien chelicerates oorspronkelijk hoofden lijken te hebben gehad met niet minder dan zeven paar ledematen."

Aria en Caron analyseerden in totaal 41 exemplaren, waarvan de meeste nieuwe exemplaren zijn die zijn verworven door door ROM geleide veldwerkpartijen voor de Burgess Shale.

Het onderzoek illustreert dat het goed gepantserde lichaam van Habelia optata , bedekt met een veelheid van verschillende stekels, was verdeeld in hoofd, thorax en post-thorax, allemaal met verschillende soorten aanhangsels. De thorax vertoont vijf paar lopende benen, terwijl de post-thorax afgeronde aanhangsels herbergt die waarschijnlijk bij de ademhaling worden gebruikt.

"Schorpioenen en de nu uitgestorven zeeschorpioenen zijn ook chelicerates met lichamen verdeeld in drie verschillende regio's, " legde Aria uit. "We denken dat deze regio's in grote lijnen overeenkomen met die van Habelia . Maar een groot verschil is dat schorpioenen en zeeschorpioenen, zoals alle cheliceraten, letterlijk 'op hun hoofd lopen, ' terwijl Habelia had nog steeds lopende aanhangsels in zijn thorax."

De onderzoekers stellen dat dit verschil in anatomie toegestaan ​​is Habelia om een ​​bijzonder complexe kop te ontwikkelen die deze fossiele soort nog eigenaardiger maakt in vergelijking met bekende cheliceraten. Het hoofd van Habelia bevatte een reeks van vijf aanhangsels gemaakt van een grote plaat met tanden voor het kauwen, een beenachtige tak met stijve borstelachtige stekels om vast te grijpen, en een langwerpige, slanke tak aangepast als een sensorisch of tactiel aanhangsel.

"Dit complexe apparaat van aanhangsels en kaken maakte Habelia een uitzonderlijk fel roofdier voor zijn grootte, "zei Aria. "Het was waarschijnlijk zowel zeer mobiel als efficiënt in het verscheuren van zijn prooien."

De verrassende uitkomst van dit onderzoek, ondanks de evolutionaire relatie van Habelia met cheliceraten, is dat deze ongebruikelijke kenmerken ertoe leidden dat de onderzoekers het hoofd van Habelia met die van mandibulaten vanuit een functioneel perspectief. Dus, de eigenaardige zintuiglijke takken kunnen op dezelfde manier zijn gebruikt als de mandibulaten antennes gebruiken. Ook, de overlappende plaatachtige aanhangsels in de middelste reeks van vijf worden getoond om evenwijdig aan de onderkant van het hoofd te openen en te sluiten - net zoals ze dat doen in mandibulaten, vooral degenen die zich voeden met dieren met geharde schilden.

als laatste, een zevende paar aanhangsels aan de achterkant van het hoofd lijkt een functie te hebben vervuld die vergelijkbaar is met die van "maxillipeds" - aanhangsels in de onderkaken die de andere hoofdledematen helpen bij het verwerken van voedsel. Deze brede overeenkomst in functie in plaats van in evolutionaire oorsprong wordt 'convergentie' genoemd.

"Vanuit een evolutionair oogpunt, Habelia ligt dicht bij het punt van divergentie tussen cheliceraten en mandibulaten, "Zei Aria. "Maar de overeenkomsten met mandibulates zijn secundaire modificaties van kenmerken die gedeeltelijk al cheliceraat van aard waren. Dit suggereert dat cheliceraten afkomstig zijn van soorten met een hoge structurele variabiliteit."

De onderzoekers concluderen uit de uitstekende hoofdstructuur, evenals van goed ontwikkelde loopbenen, Dat Habelia optata en zijn verwanten waren actieve roofdieren van de Cambrische zeebodem, jagen op kleine shelly zeedieren, zoals kleine trilobieten - geleedpotigen met harde, gemineraliseerde exoskeletten die al zeer divers en overvloedig waren tijdens het Cambrium.

"Dit bouwt voort op het belang van schilden en granaten voor evolutionaire verandering tijdens de Cambrische explosie, en vergroot ons begrip van ecosystemen op dit moment, die een ander niveau van roofdier-prooi-relatie laat zien en de bepalende impact ervan op de opkomst van geleedpotigen zoals we ze vandaag kennen, " zei Caron, die Aria's promotor was toen het grootste deel van dit onderzoek werd afgerond.

"Het uiterlijk en de verspreiding van dieren met schelpen worden beschouwd als een van de bepalende kenmerken van de Cambrische explosie, en Habelia draagt ​​bij om te illustreren hoe belangrijk deze ecologische factor was voor de vroege diversificatie van cheliceraten en geleedpotigen in het algemeen."

De bevindingen worden beschreven in de studie "Mandibulate convergence in an armored Cambrian steel chelicerate, " waar Habelia optata tot leven wordt gebracht door beeldend kunstenaar en wetenschappelijk illustrator Joanna Liang met animaties die de spectaculaire lichaamsarchitectuur en het complexe voedingsmechanisme van dit fossiel weergeven. Liang werkte samen met Aria en Caron om de animaties te produceren als onderdeel van haar master of science thesis in biomedische communicatie bij U of T onder supervisor Dave Mazierski.