Het vroege leven op aarde blijft met raadselen omgeven. We moeten het doen met de fossielen die we vinden. En daarom zijn wetenschappers nu in hun nopjes: ze hebben een ongelooflijk zeldzaam en goed geconserveerd fossiel ontdekt van een van de vroegste voorouders van moderne insecten, spinnen en krabben.
Youti yuanshi, zoals de wormachtige is gedoopt, dateert van meer dan 520 miljoen jaar geleden. In deze periode – de Cambrische explosie – ontstonden de belangrijkste groepen dieren, zoals we die vandaag de dag kennen. Wat dit fossiel zo speciaal maakt, is dat de inwendige organen van de kleine larve, niet groter dan een maanzaadje, uitzonderlijk goed bewaard zijn gebleven.
Héél lang zoeken
Je kunt je voorstellen dat het nogal ingewikkeld is om daar onderzoek naar te doen. Onderzoeker Martin Smith van de Durham University vertelt aan Scientias.nl: “Mijn collega’s in China hebben enorme hoeveelheden fossielhoudende fosforieten verzameld, waarna een team van technici jarenlang heeft gewerkt aan de verwerking ervan. Dat deden ze door de stenen in zuur op te lossen en vervolgens met een kwast zorgvuldig door de resten te pluizen, waarbij ze alle specimen verzamelden die er biologisch uitzagen.”
En daarbij ontdekten ze dus Youti. “Het fossiel werd bewaard doordat de overleden larve zich in fosforrijk water bevond, dat zijn weefsels overstroomde en snel mineraliseerde om resistent fosfaat te vormen, mogelijk gefaciliteerd door lokale chemische omstandigheden of de activiteit van microben”, legt Smith uit, die enorm onder de indruk was. “Toen professor Zhang me zijn afbeeldingen van het fossiel voor het eerst liet zien, dacht ik: wow, dit is uniek!”
Driedimensionale beelden
Met behulp van geavanceerde scantechnieken heeft Smith met collega’s driedimensionale beelden gegenereerd van minuscule hersengebieden, spijsverteringsklieren, een primitief bloedsomloopstelsel en zelfs sporen van de zenuwen voor de eenvoudige poten en ogen van de larve.
Dit fossiel stelt onderzoekers zo in staat onder de huid te kijken van een van de eerste voorouders van de geleedpotigen, een stam waartoe insecten, spinnen, duizendpoten en kreeften behoren. De anatomie van hun lichaam toont aan dat deze vroege diertjes veel complexer waren dan de onderzoekers dachten. Smith vervolgt: “Toen ik dagdroomde over dat ene fossiel dat ik het liefst zou ontdekken, dacht ik altijd aan de larve van een geleedpotige, omdat informatie over hun ontwikkeling zo cruciaal is voor het begrip van hun evolutie.”
Mond open van verbazing
Smith achtte de kans echter minimaal dat dit zou lukken. “Larven zijn zo klein en kwetsbaar, de kans om er een versteend te vinden is praktisch nul, of dat dacht ik in ieder geval. Ik wist al dat dit eenvoudige wormachtige fossiel iets speciaals was, maar toen ik de verbazingwekkende structuren zag die onder zijn huid bewaard waren gebleven, viel mijn mond open: hoe konden deze ingewikkelde kenmerken aan verval zijn ontsnapt en nog steeds hier te zien zijn, een half miljard jaar later?” Medeonderzoeker Katherine Dobson van de University of Strathclyde is al even enthousiast: “Het is altijd interessant om te zien wat er in een monster zit met behulp van 3D-beeldvorming, maar in deze ongelooflijk kleine larve heeft natuurlijke fossilisatie tot een bijna perfecte conservering geleid.”
De transformatie
Bestudering van de oude larve biedt belangrijke aanwijzingen over de evolutionaire stappen die nodig zijn voor eenvoudige wormachtige wezens om te transformeren tot de veel complexere geleedpotigen met ledematen, ogen en hersenen. Het fossiel toont bijvoorbeeld een proto-brein, een vroeg hersengebied dat later de kern zal vormen van zijn kop met verschillende kenmerken zoals antennes, mond en ogen. “Het fossiel vult een lacune in ons begrip van de evolutie van geleedpotigen. We vermoedden een overgang van eenvoudigere wormachtige voorouders naar volledig ontwikkelde geleedpotigen met complexe hersenen, maar we wisten niet precies hoe dit in de praktijk is gegaan. Wat het fossiel laat zien, is dat deze verfijnde interne anatomie zich begon te ontwikkelen in organismen die er van buiten nog vrij eenvoudig uitzagen. Het belangrijkste element waardoor de anatomie complexer werd, lijkt de verwerking van sensorische informatie”, legt Smith uit.
“De hersenen van Youti lijken een uitvergroting te zijn van het zenuwweefsel dat gespecialiseerd is in het verwerken van sensorische input van de ogen en de ‘voelers’ (niet echt antennes, maar waarschijnlijk wel iets vergelijkbaars). Toen dit zenuwweefsel ontstond, was het misschien geen grote sprong voor dit proto-brein om ook te beginnen met het coördineren van beweging en complex gedrag”, verklaart de onderzoeker.
Breder evolutionair verhaal
De ontwikkelde kop stelde de geleedpotigen in staat om een breed scala aan levensstijlen aan te nemen waardoor ze de dominante organismen in de Cambrische oceanen konden worden. Dergelijke informatie helpt ook om te begrijpen hoe ze zo anatomisch complex en divers konden worden waardoor ze nu de meest voorkomende diergroep op aarde zijn.
Dit fossiel kun je zelfs beschouwen als de missing link die verklaart hoe het lichaam van insecten is ontstaan en zo succesvol werd tijdens de zogenoemde Cambrische explosie, waarin zoveel nieuwe diersoorten in relatief korte tijd ontstonden.
Zo ontstaat een breder evolutionair verhaal, legt Smith uit. “Het helpt ons niet alleen de oorsprong van de hersenen te begrijpen, maar de driedimensionale anatomie onthult ook de geheimen van andere fossielen van dezelfde leeftijd. Ons 3D-model draagt bij aan begrip van de silhouetten die we zien in deze afgeplatte fossielen, wat een vollediger beeld geeft van hoe al deze fossielen passen in één evolutionair verhaal. Door een vroeg stadium van een larve te tonen, zien we een eerder ontwikkelingsstadium waardoor het gemakkelijker is om verbanden te leggen met nauwe verwanten, net als een kikkervisje ons helpt te begrijpen waarom de verwanten van kikkers staarten hebben.”
Vermoedens bevestigd
De onderzoeker was blij verrast door hoe goed elk aspect van het fossiel paste in de vermoedens die er al waren op basis van andere bewijzen. “Ik dacht dat we iets totaal onverwachts zouden vinden, maar eigenlijk ben ik het meest enthousiast over het feit, dat bijna elk aspect van het fossiel al is voorspeld door andere onderzoekers. Het is een geweldig voorbeeld van hoe nieuwe gegevens bestaande hypothesen kunnen bevestigen”, klinkt het tot besluit.
