1

بیش از ۵۰۰ میلیون سال پیش، انفجار کامبرین منجر به ظهور انواع متنوع، پیچیده و عجیب از اشکال حیات شد. برخی از این موجودات تنها مدت کوتاهی زنده بودند و بدون اینکه اثری از خود باقی بگذارند، ناپدید شدند. اما برخی دیگر فسیل‌هایی نادر از خود به جای گذاشتند که نسل‌ها دانشمندان تنها توانستند درباره ماهیت آن‌ها گمانه‌زنی کنند.

یکی از این موجودات مرموز Helmetia expansa بود؛ یک بندپای کامبرین که نخستین‌بار در سال ۱۹۱۸ توسط چارلز دولیتل والکات کشف شد.

کشفی تازه پس از بیش از یک قرن

از یک نام فراموش‌شده تا ستاره‌ی جدید زیست‌شناسی کامبرین

بیش از یک قرن، Helmetia یک معما باقی ماند. تنها یک نمونه از آن تصویرسازی شده بود و در مقالات علمی ظاهر می‌شد، اما هیچ‌گاه به‌صورت رسمی توصیف نشده بود.

بدون مطالعات پیگیر و تحلیل‌های مدرن، این موجود بیشتر به یک پاورقی فسیلی شباهت داشت تا عنصری محوری در مطالعه‌ی زیست‌شناسی دوره کامبرین.

اکنون پس از ۱۰۷ سال، مطالعه‌ای جدید با رهبری سارا لوسو از دانشگاه هاروارد، این موجود اسرارآمیز را (به‌صورت مجازی) زنده کرده است. نتایج این تحقیق، تصویری دقیق و تازه از دنیای گمشده‌ای از گذشته ارائه می‌دهد.

بررسی دقیق فسیل‌های کامبرین

فسیل‌هایی از کانادا تا موزه سلطنتی انتاریو

این تحقیق بر اساس ۳۶ نمونه فسیلی انجام شده که از دو مجموعه معتبر شامل مؤسسه اسمیتسونین و موزه سلطنتی انتاریو گردآوری شده‌اند.

این فسیل‌ها بین سال‌های ۱۹۷۵ تا ۱۹۹۸ از سنگ‌لوح بورگس در کانادا استخراج شده‌اند؛ مکانی مشهور به حفظ جزئیات بی‌نظیر ساختارهای ظریف بدنی موجودات.

فناوری‌هایی برای دیدی نو

با استفاده از عکاسی با وضوح بالا، نور قطبیده متقاطع، و مقایسه‌های مورفولوژیکی دقیق، تیم تحقیقاتی توانست برای نخستین بار ساختار بدنی Helmetia را با وضوح بررسی کند.

آن‌ها فراتر از اسکلت بیرونی و خارها، روده‌ها، چشم‌ها، شاخک‌ها و حتی موجوداتی در حال پوست‌اندازی را کشف کردند.

«ما نیاز داریم بیش از یک نمونه را بررسی کنیم تا دامنه‌ی کامل مورفولوژی و حفظ‌شدگی گونه را ببینیم.» — سارا لوسو

ویژگی‌های شگفت‌انگیز Helmetia

بدنی بیضی‌شکل و خارهایی شگفت‌انگیز

Helmetia expansa بدنی پهن و برگ‌مانند داشت. اندازه آن بین ۹۲ تا ۱۸۳ میلی‌متر (۳.۶ تا ۷.۲ اینچ) متغیر بود و از یک سر (cephalon)، شش بخش سینه‌ای (thoracic segments)، و یک بخش بزرگ انتهایی (pygidium) تشکیل شده بود.

هر بخش سینه‌ای دارای خارهایی بود که به سمت عقب بزرگ‌تر می‌شدند. لبه‌ی اسکلت بیرونی نیز دارای دندانه‌های ظریفی بود که در فسیل‌های مشابه بسیار نادر است.

در جلو، خارهای بزرگ کناری از ناحیه‌ی سر بیرون زده بودند و بین آن‌ها یک صفحه‌ی سخت گرد قرار داشت که زیر آن دو چشم بزرگ میانی جای گرفته بودند. همچنین، دو چشم جانبی دیگر زیر گنبدهای کوچکی در دو طرف سر پنهان بودند.

درون بدن: روده و غدد گوارشی

روده به‌صورت یک لوله باریک و مستقیم با قسمت ابتدایی خمیده به شکل حرف J بود. پنج جفت غده گوارشی، پیچیده و بیضی‌شکل نیز یافت شد که درک ما را از آناتومی بندپایان کامبرین عمیق‌تر می‌کند.

چگونگی حرکت در بستر اقیانوس

شواهدی از پاها و آبشش‌ها

پیش از این تصور می‌شد Helmetia موجودی شناور است و حتی برخی باور داشتند که فاقد پا بوده است. اما فسیل‌های جدید این فرضیه را رد کردند. چند نمونه شامل پاهای حرکتی و آبشش بودند؛ ضمائمی باریک و بندبند که زیر بدن پنهان شده بودند.

راه رفتن به سبک بندپایان اولیه

این پاها دوشاخه بودند؛ بخشی برای راه رفتن و گرفتن، و بخش دیگر به‌عنوان آبشش عمل می‌کرد. این ساختار مشابه بسیاری از بندپایان اولیه است و نشان می‌دهد که Helmetia موجودی خزنده روی بستر دریا بوده است.

راهبردهای اولیه پوست‌اندازی

کشف لحظه‌ی نادر تغییر پوست

یکی از کشفیات جالب، دو نمونه از Helmetia بود که در حال پوست‌اندازی حفظ شده بودند. این نمونه‌ها نمایی کمرنگ از پوست جدید را زیر اسکلت بیرونی قدیمی نشان می‌دادند.

«هیچ‌گاه این رفتار در هیچ گونه‌ای از conciliterganها دیده نشده بود.» — لوسو

پوست جدید در قسمت جلویی بدن قرار داشت، که نشان می‌دهد Helmetia از طریق سر پوست‌اندازی می‌کرد؛ شبیه نعل‌اسبی‌های مدرن. این در حالی است که بیشتر خرچنگ‌ها از عقب پوست‌اندازی می‌کنند و این تفاوت، یک نکته تکاملی مهم محسوب می‌شود.

غدد گوارشی کوچک اما پیچیده

ساختاری برای شکار یا لاشه‌خواری

این غدد گوارشی کوچک و بیضی‌شکل، دارای لایه‌های ظریف زیر میکرونی بودند. ساختار آن‌ها شبیه به غدد موجود در گونه‌هایی است که تغذیه‌گر نرم‌تنان یا لاشه‌های دریایی هستند. بنابراین احتمال می‌رود Helmetia از شکار یا مواد آلی کف دریا تغذیه می‌کرده است.

این غدد همچنین به شناسایی ارتباط تکاملی نزدیک بین Helmetia و Arthroaspis کمک کرده‌اند. هر دو اکنون بخشی از یک گروه گسترده‌تر در نظر گرفته می‌شوند.

اهمیت فسیل‌های کامبرین

بازنگری در درخت تبارزایی conciliterganها

این مطالعه، ساختار درخت تبارزایی گروه Conciliterga (راسته‌ی بندپایان شامل Helmetia) را نیز به‌روزرسانی کرد. پیش‌تر تصور می‌شد تریلوبیت‌ها نزدیک‌ترین خویشاوندان این گروه هستند. اما داده‌های جدید و مقایسه‌های گسترده‌تر، ساختار تازه‌ای پیشنهاد می‌کند.

Arthroaspis اکنون ابتدایی‌ترین عضو این گروه در نظر گرفته می‌شود. Helmetia، با بخش‌بندی و خارهای مشخص، در خانواده جدید Helmetiidae جای دارد؛ گروهی شامل گونه‌هایی همچون Kuamaia، Haifengella، و Rhombicalvaria.

در مقابل، خانواده Tegopeltidae شامل گونه‌هایی با بخش‌های بدنی جوش‌خورده و بدون خار هستند، مانند Tegopelte و Saperion. این بازنگری نشان می‌دهد که جوش‌خوردگی بدنی چندین بار در این شاخه تکامل یافته است.

شواهدی از رشد اپیمورفیک

بزرگ شدن بدون افزودن بخش جدید

تمام نمونه‌های بررسی‌شده دارای شش بخش سینه‌ای بودند که نشان‌دهنده‌ی بلوغ کامل بدنی آن‌هاست. با این حال، اندازه‌ی آن‌ها از نظر طولی تا دو برابر تفاوت داشت.

این الگو نشان می‌دهد Helmetia پس از بلوغ نیز رشد می‌کرد، بدون اینکه بخش بدنی جدیدی بیفزاید؛ فرآیندی که “رشد اپیمورفیک” نام دارد.

بازگشت Helmetia به دنیای زیست‌شناسی

از فراموشی تا شناخت کامل

بازسازی دقیق Helmetia expansa نقطه عطفی در شناخت بندپایان کامبرین به شمار می‌رود. این موجود که پیش‌تر تنها یک نام ناشناخته بود، اکنون یکی از دقیق‌ترین conciliterganهاست که مطالعه شده‌اند.

تحقیق حاضر، ساختار بدنی، رشد، رفتار پوست‌اندازی و تغذیه‌ی آن را روشن کرده، روابط تکاملی درون گروه را بازتعریف کرده، و یکی از فسیل‌های فراموش‌شده را به جایگاه واقعی خود در تاریخ زندگی بازگردانده است.

«یافته‌های ما تصویری کامل‌تر از شکل، سبک زندگی، و روابط تکاملی Helmetia ارائه می‌دهد.» — لوسو