在 5 亿年前发现的蜘蛛大脑......
对生活在 50 亿年前的保存完好的化石进行的一项新分析表明，蛛形纲动物——蜘蛛及其近亲——是在海洋中进化的，这挑战了人们普遍认为它们的多样化是在它们的共同祖先征服这片土地之后才发生的。 蜘蛛和蝎子已经存在了大约 4 亿年，几乎没有变化。 与密切相关的节肢动物一起，它们作为蛛形纲动物组成，在地球上占据主导地位最多成功的节肢动物掠食者群体。 根据它们的化石记录，蛛形纲动物似乎只在陆地上生活和多样化。 在亚利桑那大学尼古拉斯·施特劳斯菲尔德领导的一项研究中，发表在当代生物学，来自美国的研究人员 英国对一种名为 Mollisonia symmetrica 的已灭绝动物的大脑和中枢神经系统的化石特征进行了详细分析。直到现在，它被认为代表一个祖先成员被称为螯肢动物的特定节肢动物群，它们生活在寒武纪（距今 540 至 4.85 亿年前），包括今天鲎的祖先。 令他们惊讶的是，研究人员发现，Mollisonia的大脑化石的组织方式并不像人们所预期的那样像鲎那样组织起来，而是像现代蜘蛛及其亲戚一样组织起来。 “关于何时何地仍在激烈争论蛛形纲动物首先出现，它们的祖先是什么样的螯肢动物，“亚利桑那大学神经科学系摄政教授施特劳斯菲尔德说，”以及这些是海洋的还是半水生的，就像鲎一样。 Mollisonia 在外观上类似于寒武纪下层和中寒武纪的其他一些早期螯合动物，因为它的身体由两部分组成：前面有一个宽阔的圆形“甲壳”和一个坚固的分段树干，末端是宽阔的尾巴状结构。 一些科学家有指前面的甲壳组织，后面是分段的躯干，类似于蝎子的身体结构。 但没有人声称 Mollisonia 比基础螯合物更奇特，甚至比鲎的祖先更原始。 Strausfeld和他的同事发现，Mollisonia作为蛛形纲动物的地位是它的大脑和神经系统化石。 与蜘蛛和其他当今蛛形纲动物一样，前部的Mollisonia的身体（称为前体）包含节段性神经节的辐射模式，控制着五对节段性附肢的运动。 除了那些类似蛛形纲动物的特征外，软体动物还揭示了一个未分节的大脑，将短神经延伸到一对钳状的“爪子”，让人联想到蜘蛛和其他蛛形纲动物的尖牙。 但证明蛛形纲动物身份的决定性特征是 mollisoniid 大脑的独特组织，它与 mollisoniid 大脑相反在当今的甲壳类动物、昆虫和蜈蚣，甚至鲎（例如鲎属）中发现的从前到后的排列。 “就好像在寒武纪化石中看到的Limulus型大脑，或者祖先和现在的甲壳类动物和昆虫的大脑，已经被翻转了，这就是我们在现代蜘蛛身上看到的，”他说。 根据伦敦国王学院的合著者弗兰克·赫斯 （Frank Hirth） 的说法，后一个发现可能是一个关键的进化发展，因为研究现有的蜘蛛大脑表明，这种从后到前的排列提供了从神经元控制中心到协调蜘蛛（或其亲戚）惊人运动曲目的底层电路的捷径。 这种安排可能赋予了狩猎的隐身性、追击的快速性，对于蜘蛛来说，具有旋转网以诱捕猎物的精致灵巧性。 “这是进化的重要一步，这似乎是蛛形纲动物独有的，”赫斯说。 “然而已经在Mollisonia中，我们确定了与现存物种相对应的大脑结构域，我们可以用这些结构域来预测所有节肢动物共有的潜在基因组成。 “蛛形纲动物的大脑不同于这个星球上的任何其他大脑，”施特劳斯菲尔德补充道，“这表明它的组织与计算速度和运动动作的控制有关。 第一批登陆陆的生物可能是类似千足虫的节肢动物，也可能是一些类似昆虫的祖先生物，根据施特劳斯菲尔德的说法，甲壳类动物的一个进化分支。 “我们可以想象，类似 Mollisonia 的蛛形纲动物也适应了陆地生活，使早期昆虫和千足虫成为他们的日常饮食，”他说，并补充说，陆地上的第一批蛛形纲动物可能有助于一种关键防御机制的进化：昆虫的翅膀，因此可以逃跑和逃跑。 “当你被蜘蛛追赶时，能够飞行会给你带来巨大的优势，”施特劳斯菲尔德说。“然而，尽管昆虫具有空中机动性，但数以百万计的昆虫仍然被蜘蛛编织的精美丝网捕获。” 在这项研究中，施特劳斯菲尔德在哈佛大学比较动物学博物馆呆了一段时间，那里安置着软体动物标本，在不同的照明方向、光强度和偏振光以及放大倍率下拍摄了数十张照片。 排除Mollisonia的大脑与蜘蛛的大脑之间的一致性的可能性平行进化的结果——换句话说，是巧合而不是由共同谱系衍生出来的——合著者大卫·安德鲁（David Andrew）是施特劳斯菲尔德实验室的前研究生，现在在宾夕法尼亚州莱康明学院（Lycoming College）工作，他进行了一项统计分析，比较了节肢动物的 115 个神经元和相关解剖特征，两者 灭绝和活着。 结果将 Mollisonia 列为现代蛛形纲动物的姐妹类群，进一步证实了 Mollisonia 血统产生的观点今天包括蜘蛛、蝎子、太阳蜘蛛、醋蝎和鞭蝎等的分支。 不幸的是，其他类似 Mollisonia 的节肢动物的保存方式并不能对其神经系统进行详细分析。 但作者认为，如果它们共享相同类型的大脑，它们的后代可能会建立不同的陆地谱系，这些谱系今天构成了蛛形纲生命树的各个分支。