Urokodia aequalis paljastaa cheliceraejen alkuperän

Kuvittele matala kambrikauden poukama 518 miljoonaa vuotta sitten. Pienet ryömijät täyttivät merenpohjan. Niiden joukossa liikkui pitkänomainen niveljalkainen, ei suurempi kuin rypäle, joka eteni kymmenien pienten jalkojen avulla ja kantoi kilpimäistä päätä varrellisine silmineen. Tapaa Urokodia aequalis, olento, joka on tähän asti vaikuttanut omituiselta yhdistelmältä katkaravun ja panssaroidun hyönteisen välillä. Paleontologit ovat nyt paljastaneet yllättävän yksityiskohdan: pienet pihamaiset suuosat, jotka viittaavat hämähäkkien ja skorpionien hampaiden varhaisiin kehitysvaiheisiin.

Urokodia oli eläessään suunnilleen 2–3 senttimetriä pitkä. Sen ruumis oli segmentoitu, häntä oli heilurimainen ja päässä oli varrelliset monisilmät. Lajia on tunnettu tieteelle vuosikymmeniä, mutta viimeaikainen kuvantamistyö on paljastanut kallioperän sisään kätkeytyneitä piirteitä — pehmeitä kudoksia on säilynyt riittävän hyvin, jotta anatomia, joka tavallisessa tarkastelussa jäi huomaamatta, tuli näkyviin.

Milloin pihdit alkoivat ilmaantua

Kyseessä olevat suun lisäosat ovat cheliceraat, liitännäiset, jotka nykyisillä sukulaisilla vaihtelevat pienistä ruokailupihdistä todellisiin hampaisiin. Cheliceraat määrittävät suuren niveljalkaisten ryhmän, cheliceraatit, johon kuuluvat hämähäkit, skorpionit, punkit, täit ja hevosenkengänkedot. Cheliceraiden löytäminen näin varhaisessa fossiiliaineistossa muuttaa osin käsitystämme cheliceraatin synnystä.

Yunnanin yliopiston ja Leicesterin yliopiston tutkijat sovelsivat useisiin Urokodia-näytteisiin ja ympäröivään kiveen korkean resoluution röntgentomografiaa. Tämä ei-invasiivinen skannausmenetelmä voi havaita vaimeita kontrasteja mineralisoituneissa pehmytkudoksissa, ja nyt se paljasti parin pieniä, pihamaisia liitännäisiä silmien takana. Nämä liitännäiset vastaavat sijainniltaan ja perusmuodoltaan sitä, mitä odotetaan primitiivisiltä cheliceraoilta.

Ennen tätä löytöä varhaisimmat selkeät cheliceraat raportoitiin eläimestä nimeltä Megachelicerax cousteaui, iältään noin 504 miljoonaa vuotta. Urokodia edeltää kyseistä lajia noin 14 miljoonalla vuodella, mikä siirtää näiden suun rakenteiden evolutiivista alkuperää syvemmälle kambrikauteen. Muutos ei ole pelkästään kronologinen. Varhaisemmissa kantaryhmissä etuliitännäiset olivat moniaskelmaisia ja raajanomaisia. Urokodialla ne näyttävät jo kompaktimman, pihdiltä muistuttavan profiilin, joka ennakoi hampaita ja pinsettejä, joiden monimuotoisuus levisi cheliceraatteihin.

"Käytimme röntgentomografiaa näiden fossiilien pehmeän anatomian paljastamiseksi, joka on hautautunut kiviin satoja miljoonia vuosia, kun yhtäkkiä huomasimme eläimen etuosassa sijaitsevat pihamaiset liitännäiset", kertoo Yu Liu, paleobiologi Yunnanin yliopistosta. "Tiesimme heti, että tämä oli erittäin jännittävä fossiili ja todellinen etäinen esi-isä nykyisille cheliceraateille kuten skorpioneille ja hämähäkeille."

Taiteilijan rekonstruktio Urokodia aequalisista. 

Mitä tämä kertoo evoluutiosta

Pienet muodon muutokset voivat avata uusia ekologisia rooleja. Urokodian kompaktit cheliceraat olisivat mahdollistaneet tehokkaamman tarttumisen tai raspauksen ruokakappaleisiin verrattuna pitkään, moni niveliseen raajaan. Syvässä ajassa jälkeläiset hioivat samaa perustavaa rakennetta saalistuksen, ruokailun ja puolustuksen välineiksi. Hevosenkengänkedot ja skorpionit käyttävät pihamaisia cheliceraitaan ruoan käsittelyyn. Punkit kehittivät terävämpiä, lävistäviä muotoja verenimeväksi. Hämähäkit muunsivat cheliceraansa myrkkyä kantaviksi hampaiksi, joita käytetään saaliin lamauttamiseen ja uhkien torjumiseen.

Täten tämä fossiili tarjoaa suoran morfologisen linkin esi-ajan raajanomaisista lisäosista nykyaikaisten chelicerattien erikoistuneisiin suunosasiin. Se auttaa selittämään, miten rajallinen joukko anatomisia komponentteja voidaan muokata erilaisiksi välineiksi, jotka mahdollistavat monenlaiset elintavat satojen miljoonien vuosien aikana.

Urokodian pään TT-kuva, cheliceraat mukaan lukien. 

Metodologisesti tutkimus korostaa edistyneen kuvantamisen voimaa paleontologiassa. Monet fossiilinäytteet kerättiin kauan sitten ja tutkittiin silloin käytössä olleilla työkaluilla. Historiallisten kokoelmien uudelleentarkastelu röntgentomografian ja vastaavien tekniikoiden avulla voi paljastaa aiemmin näkymättömiä anatomisia yksityiskohtia, mikä voi muuttaa taksonomisia sijoituksia ja evolutiivisia aikajanauksia ilman uusia kaivauksia.

Asiantuntijan näkemys

"Tällaiset löydöt muuttavat hienovaraiset oletukset testattaviksi ideoiksi", sanoo tohtori Elena Morris, evoluutiobiologi ja tiedonvälittäjä. "Proto-cheliceraiden löytäminen Urokodiasta yhdistää aukon varhaisten kambrikauden ruumiinrakenteiden ja nykyaikaisten chelicerattien erikoistuneiden liitännäisten välillä. Se kertoo, että keskeiset toiminnalliset muutokset olivat käynnissä hyvin varhain niveljalkaisten evoluutiossa."

Työn seurauksena herää muitakin kysymyksiä. Kuinka monet muut aliarvostetut näytteet kätkevät varhaista pehmytanatomiaa? Mitkä ympäristö- tai kehitysperäiset paineet ohjasivat näiden suunosien varhaista eriytymistä? Näihin kysymyksiin vastaaminen vaatii lisää skannauksia, vertailevaa anatomiaa ja tarkennettuja evolutiivisia sukupuita.

Uudet havainnot julkaistiin Nature-lehdessä ja ne lisäävät konkreettisen luvun kertomukseen siitä, miten yksinkertaiset raajat muuttuivat hämähäkkien ja skorpionien kaltaisiksi monikäyttöisiksi työkaluiksi. Kaikille syvän ajan ja evolutiivisen innovaation mekanismien kiinnostuneille Urokodia tarjoaa pienen mutta valaisevan ikkunan menneisyyteen.