Новый анализ прекрасно сохранившейся окаменелости, которая жила полмиллиарда лет назад, позволяет предположить, что паукообразные (пауки и их близкие родственники) эволюционировали в океане, что ставит под сомнение широко распространенное мнение о том, что их разнообразие произошло только после того, как их общий предок завоевал сушу.

Пауки и скорпионы существуют уже около 400 миллионов лет, практически не изменившись. Наряду с близкородственными членистоногими, объединяемыми в группу паукообразных , они доминировали на Земле, будучи самой успешной группой членистоногих хищников. Судя по их окаменелостям , паукообразные, по-видимому, жили и развивались исключительно на суше.

В исследовании, проведенном под руководством Николаса Штраусфельда из Университета Аризоны и опубликованном в журнале Current Biology , исследователи из США и Великобритании провели подробный анализ окаменелых особенностей мозга и центральной нервной системы вымершего животного под названием Mollisonia symmetrica.

До сих пор считалось, что он является предком особой группы членистоногих, известных как хелицеровые, которые жили в кембрийском периоде (от 540 до 485 миллионов лет назад) и включали предков современных мечехвостов.

К своему удивлению, исследователи обнаружили, что нейронные сети в окаменелом мозге моллисонии организованы не так, как у мечехвостов, как можно было бы ожидать, а, напротив, так же, как у современных пауков и их родственников.

«До сих пор ведутся жаркие споры о том, где и когда впервые появились паукообразные, и к какому классу хелицеровых относились их предки, — говорит Штраусфельд, профессор кафедры нейронауки Университета Альберты, — и были ли они морскими или полуводными животными, как мечехвосты».

Моллисония внешне напоминает некоторых других ранних хелицеровых из нижнего и среднего кембрия тем, что ее тело состояло из двух частей: широкого округлого «панциря» спереди и крепкого сегментированного туловища, заканчивающегося широкой, похожей на хвост структурой.

Некоторые учёные считали, что строение панциря спереди и сегментированного туловища напоминает строение тела скорпиона. Но никто не утверждал, что моллисония была чем-то более экзотическим, чем базальный хелицеровый, даже более примитивным, чем, например, предок мечехвоста.

Штраусфельд и его коллеги обнаружили, что окаменевшие мозг и нервная система моллисонии указывают на её статус паукообразных. Как и у пауков и других современных паукообразных, передняя часть тела моллисонии (просома) содержит радиально расходящиеся сегментарные ганглии, которые контролируют движения пяти пар сегментарных конечностей.

Помимо паукообразных черт, у моллисонии также был обнаружен несегментированный мозг с короткими нервами, отходящими к паре клешневидных «когтей», напоминающих клыки пауков и других паукообразных.

Однако решающей чертой, демонстрирующей идентичность паукообразных, является уникальная организация мозга моллисониид, которая является противоположностью расположению мозга спереди назад, обнаруженному у современных ракообразных, насекомых и многоножек, и даже мечехвостов , таких как род Limulus.

«Это как если бы мозг типа Limulus, обнаруженный в кембрийских окаменелостях, или мозг предковых и современных ракообразных и насекомых, был перевернут назад, что мы и видим у современных пауков», — сказал он.

По словам соавтора Фрэнка Хирта из Королевского колледжа Лондона, последнее открытие может быть важным эволюционным достижением, поскольку исследования мозга современных пауков показывают, что такое расположение «сзади вперед» обеспечивает короткие пути от нейронных центров управления к базовым цепям, которые координируют удивительный репертуар движений паука (или его родственника).

Такое строение, вероятно, обеспечивает скрытность во время охоты, быстроту в преследовании и, в случае пауков, исключительную ловкость при плетении паутины для ловли добычи.

«Это важный шаг в эволюции, который, по-видимому, характерен только для паукообразных», — сказал Хирт. «Однако уже у моллисонии мы выявили области мозга, соответствующие современным видам, с помощью которых мы можем предсказать базовую генетическую структуру, общую для всех членистоногих».

«Мозг паукообразного не похож ни на один другой мозг на этой планете, — добавил Штраусфельд, — и это предполагает, что его организация каким-то образом связана со скоростью вычислений и контролем двигательных действий».

По мнению Штраусфельда, первыми существами, вышедшими на сушу, вероятно, были многоножкообразные членистоногие и, возможно, некие предковые насекомоподобные существа, эволюционная ветвь ракообразных.

«Мы могли бы предположить, что паукообразные, подобные моллисонии, также адаптировались к наземной жизни, сделав ранних насекомых и многоножек своим ежедневным рационом», — сказал он, добавив, что первые паукообразные на суше, возможно, внесли свой вклад в эволюцию важнейшего защитного механизма: крыльев насекомых, а значит, и способности к полету и спасению.

«Умение летать даёт серьёзное преимущество, когда вас преследует паук », — сказал Штраусфельд. «Однако, несмотря на свою воздушную подвижность, насекомые миллионами попадают в изысканные шёлковые сети, которые плетут пауки».

Для проведения исследования Штраусфельд провел некоторое время в Музее сравнительной зоологии Гарвардского университета, где хранится образец моллисонии, и сделал множество фотографий при различных направлениях освещения, интенсивности света, поляризации света и увеличении.

Чтобы исключить возможность того, что соответствие между мозгом Моллисонии и мозгом пауков является результатом параллельной эволюции — другими словами, совпадением, а не следствием общей родословной, — соавтор Дэвид Эндрю, бывший аспирант лаборатории Штраусфельда, который сейчас работает в колледже Лайкоминг в Пенсильвании, провел статистический анализ, сравнив 115 нейронных и связанных с ними анатомических признаков у членистоногих, как вымерших, так и современных.

Результаты позволили отнести Mollisonia к сестринской группе современных паукообразных, что еще больше подкрепило идею о том, что род Mollisonia дал начало кладе, в которую сегодня входят пауки, скорпионы, солнечные пауки, уксусные скорпионы и скорпионы-кнуты, а также многие другие.

К сожалению, другие членистоногие, подобные моллисонии, не сохранились в таком виде, который позволяет провести детальный анализ их нервной системы. Но если у них был один и тот же уникальный тип мозга, предполагают авторы, их потомки могли бы сформировать расходящиеся наземные линии, которые сегодня составляют различные ветви древа жизни паукообразных.