Forskare vid Ohio State University har upptäckt en ny art som levde för mer än 500 miljoner år sedan - en form av forntida tagghudingar som var förfäder till nutida grupper som sjögurkor, sjöborrar, sjöstjärnor, spröda stjärnor och crinoider. Fossilet visar ett avgörande evolutionärt steg av tagghudingar som är parallellt med den viktigaste ekologiska förändringen som har ägt rum i marina sediment.

Upptäckten, nästan 30 år på väg, publicerades nyligen i Bulletin of Geosciences och ger en ledtråd om hur varelser kunde göra det evolutionära språnget från att leva fast till marina sedimentkorn – som hölls samman av sliskiga algliknande kolonier, det ursprungliga sättet som tagghudingar levde på – att leva fäst vid hårt, skalytor, vilket är hur deras nutida ättlingar lever nu på havets botten.

"Det kastar ljus över en kritisk tid, inte bara i evolutionen av organismer, men också i utvecklingen av marina ekosystem, sa Loren Babcock, medförfattare till studien och professor i geovetenskaper vid Ohio State. "Detta representerar en varelse som helt klart tog steget från den gamla stilen av marina ekosystem där sediment stabiliserades av cyanobakteriella mattor, till det som slutligen blev det nuvarande systemet, med mer fluidiserade sedimentytor."

Varelsen, en art av edrioasteroid tagghudingar som Babcock och hans forskare kallade Totiglobus spensensis, levde under den kambriska perioden - för cirka 507 miljoner år sedan. (Jorden, för protokollet, är cirka 4,5 miljarder år gammal.) En familj av fossiljägare upptäckte fossilet i skiffern av Spence Gulch, i den östra delen av Idaho, 1992, och donerade den till Richard Robison, en forskare vid University of Kansas och Babcocks doktorandrådgivare. Den delen av landet är rik på fossiler från den kambriska perioden, sa Babcock.

I åratal, fossilet förbryllade både Babcock och Robison. Men mysteriet löstes för några år sedan, när Robisons fossilsamling övergick till Babcock efter Robisons pensionering.

När Babcock en gång hade fossilet i sitt labb, han och en besökande doktorand, Rongqin Wen, avlägsnade lager av sten, exponerar en liten, rostfärgad cirkel med många små plattor och distinkta armliknande strukturer, kallas ambulcra. Ytterligare studier visade dem att djuret fäste sig vid en liten, koniskt skal av en mystisk, nu utdöda djur som kallas hyolit med hjälp av en basalskiva – en kort, trattliknande struktur sammansatt av många små kalcitplattor.

Upptäckten var en typ av vetenskaplig poesi - år tidigare, Babcock och Robison upptäckte vilken typ av skal som detta djur verkade vara fäst vid, och döpte den till Haplophrentis reesei.

Edrioasteroiden som Babcock och Wen upptäckte levde tydligen fäst vid ovansidan av det långsträckta triangulära hyolitskalet, även när hyoliten levde. De tror att en plötslig storm begravde djuren i ett tjockt lager av lera, bevara dem i deras ursprungliga ekologiska skick.

Tagghudingar och hyoliter uppträdde först under den kambriska perioden, en tid i jordens historia då livet exploderade och världen blev mer biologisk mångfald än den någonsin varit tidigare. De tidigaste tagghudingar, inklusive de tidigaste edrioasteroiderna, levde genom att hålla sig till cyanobakteriella mattor – tjocka, algliknande ämnen som täckte jordens vatten. Och fram till tiden för Totiglobus spencensis, tagghudingar hade ännu inte kommit på hur de skulle fästa på en hård yta.

"I hela jordens historia, Kambrium är förmodligen det viktigaste i utvecklingen av både djur och marina ekosystem, eftersom detta var en tid då en mer modern stil av ekosystem först började få fäste, ", sa Babcock. "Detta släkte av arten vi upptäckte visar den evolutionära övergången från att vara en "matta-klistermärke" till det mer avancerade tillståndet att fästa på ett skalsubstrat, som blev en framgångsrik modell för senare arter, inklusive några som lever idag."

I den tidiga delen av den kambriska perioden - som började för cirka 538 miljoner år sedan - levde echinhuder sannolikt på det algliknande ämnet i grunda hav som täckte många områden på planeten. algerna, Babcock sa, var förmodligen inte olik de cyanobakteriella mattorna som förekommer i vissa sjöar, inklusive Lake Erie, varje sommar. Men någon gång, dessa algliknande ämnen blev tilltalande mat för andra varelser, inklusive förhistoriska sniglar. Under kambrium, när populationen av sniglar och andra växtätare exploderade, de algliknande cyanobakteriella mattorna började försvinna från grunda hav, och sediment blev för fysiskt instabila för att stödja djuren – inklusive tagghudingar – som hade kommit att förlita sig på dem.

När deras algliknande hem blev mat för andra djur, Babcock sa, tagghudingar var antingen tvungna att hitta nya platser att bo på eller förgås.

Paleontologer visste att varelserna på något sätt hade lyckats överleva, men fram till Ohio State-forskarnas upptäckt, de hade inte sett mycket bevis för att en tagghuding som levde för så länge sedan hade gjort övergången från att leva fast till cyanobakterietäckt sediment till att leva fäst vid hårda ytor.

"Detta evolutionära val - att gå från matt-klistermärke till hårt skalsubstrat - är i slutändan ansvarigt för att ge upphov till fästa djur som krinoider, ", sa Babcock. "Denna nya art representerar länken mellan den gamla livsstilen och den nya livsstilen som blev framgångsrik för denna tagghudslinje."