Пауки, клещи, скорпионы и мечехвосты захватывают пищу специализированными ротовыми придатками — хелицерами, отчего и получили общее название «хелицеровые». Дышат они с помощью жабр или легких. Биологи предполагали, что все эти органы развились из многосуставчатых хватательных конечностей и плавательных лопастей хищников кембрийского периода — мегахейр. Однако науке не хватало переходной формы, которая показала бы механику превращения конечности с несколькими отростками в двупалую клешню.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature, изучили окаменелости Urokodia aequalis из раннекембрийской биоты Чэнцзян в КНР. Членистоногая Urokodia жила 518 миллионов лет назад в море на территории современного Китая. Палеонтологи долгое время считали это животное близким родственником трилобитов, потому что ее головные придатки выглядят на плоских отпечатках как обычные гладкие усики-антенны. Чтобы проверить эту классификацию и детально изучить скрытое в камне строение брюшной стороны, применили рентгеновскую микротомографию высокого разрешения.
Ученые построили трехмерные модели окаменелостей и провели их виртуальную препаровку. Программное обеспечение позволило вращать объекты, послойно удалять породу и разделять анатомические детали. В оригинальных образцах ротовые придатки животного были плотно сомкнуты, поэтому исследователи цифровым способом «раскрыли» окаменевшие клешни, чтобы изучить их внутреннее строение.
Сканирование помогло выявить, что гладкие «антенны» Urokodia представляют собой четырехсегментные пинцеты. Один крупный сегмент образует неподвижную часть клешни, а три остальных срослись вместе, сформировав единый подвижный палец. Такая конструкция служит промежуточным этапом между конечностями мегахейр и классическими хелицерами пауков. Ранее биологи доказали сходный генетический механизм на современных сенокосцах: искусственное отключение гена dachshund заставляет их суставы срастаться по точно такой же схеме.
На туловище животного томограф зафиксировал двуветвистые ножки, оснащенные пятью перекрывающимися пластинами (экзитами). Эти структуры выступают предшественниками жабр современных мечехвостов, которые используют десятки подобных пластин для подводного дыхания. Дополнительно сканы зафиксировали голову, состоящую из семи слившихся сегментов. Это доказывает, что предки паукообразных сначала объединили передние сегменты тела в головогрудь и только затем начали специализировать ее конечности для захвата добычи.
Исследование показало, что эволюция ротовых и дыхательных органов хелицеровых шла путем плавного слияния и перепрофилирования уже существующих суставов древних хищников. Анатомия Urokodia проиллюстрировала непрерывную последовательность этих изменений, закрыв один из главных пробелов в палеонтологической истории членистоногих.