Insekter, spindlar och tusenfotingar utgör majoriteten av alla djur på land. Även om idag inte många av dem lever i vattnet, deras förfäder var en gång vattenlevande.

Ett 411 miljoner år gammalt fossil visar oss hur en av dessa grupper såg ut när de fortfarande tillbringade sina dagar i vattnet.

Förfäderna till dagens leddjur, den enormt framgångsrika gruppen som inkluderar insekter, spindlar, tusenfotingar och krabbor, uppstod under den kambriska perioden för cirka 541 miljoner år sedan.

Dessa varelser var små och helt vattenlevande, levde i haven och sötvatten samtidigt som de flesta andra stora djurstammar också började dyka upp. Men vid vilken tidpunkt dessa tidiga leddjur sedan började delas upp i de stora landlevande grupperna vi ser idag har inte varit väl etablerat.

Ett av de största hålen i leddjurens fossilregister har varit ursprunget till tusenfotingar och tusenfotingar, känd kollektivt som Myriapoda. Ingen vattenlevande form av denna härstamning har någonsin identifierats, tills nu.

Om man tittar på fossiler som finns i en klippformation känd som Rhynie Chert som är cirka 410 miljoner år gammal, forskare har kunnat titta i utsökt detalj på några av de små leddjur som finns bevarade inom dem. De fann att några av dessa varelser var vattenlevande myriapoder.

Dr Greg Edgecombe, en paleontolog på museet som studerar leddjur, har arbetat med kollegor för att beskriva dessa små tidiga släktingar till tusenfotingar och tusenfotingar.

"Det är något jag har brottats med i ett par decennier nu, och är ett av de stora hålen i fossilen av leddjur, " säger Greg. "Detta är första tillfället att se hur djuren såg ut i den luckan."

Beskrivningen har nu publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences av U.S.A.

De första djuren på land

Leddjur är de mest framgångsrika grupperna av djur på planeten, svarar för ungefär 80 % av alla djur som för närvarande lever.

De är en av få grupper av djur som framgångsrikt gjorde övergången från haven till land, en av de andra är fostervatten, och var de första att göra det för åtminstone cirka 420 miljoner år sedan.

Rent generellt, de landlevande leddjuren kan delas upp i tre huvudgrupper:hexapoderna (som inkluderar insekter), spindeldjuren (spindlar och deras anhöriga) och myriapods (tusenfotingar och tusenfotingar).

Men snarare att detta inträffar som en enda händelse, varje separat grupp av leddjur gjorde övergången på egen hand.

"Det var tre stora oberoende terrestrialiseringshändelser i Arthropoda, " förklarar Greg. "Alla av dem fick ta itu med samma grundläggande utmaningar eftersom mark var en fientlig miljö." Varje grupp var tvungen att ta reda på hur de skulle förhindra uttorkning, hur man stödjer sin egen kropp och går, hur man utsöndrar och inte minst hur man andas.

Vi vet att de första leddjuren dök upp under det tidiga kambrium för cirka 541 miljoner år sedan, eftersom deras fossil har hittats i fyndigheter som Burgess Shale, och vi vet att de under tidig devon var väl etablerade på land.

Det är vad som hände mellan dessa händelser som har varit mindre säkert.

De första terrestra ekosystemen

Rhynie Chert är en fyndighet som finns i Aberdeen, Skottland. Det bevarar ett av de tidigaste terrestra ekosystemen, innehållande några av de första växterna och djuren som koloniserade landet.

När stenarna bildades, regionen skulle ha varit ett system av pooler och källor inte olikt vad man ser i Yellowstone National Park idag, även om det inte är lika extremt. Inom dessa pooler frodades sötvattensväxter och djur, och runt marginalerna började de utforska det omgivande landet.

Det är inom dessa stenar som Gregs kollega Dr. Christine Strullu-Derrien kunde identifiera de små fossila leddjuren. Genom att använda innovativa mikroskopimetoder, Christine lyckades avbilda dessa djur i häpnadsväckande detalj, visar den fina anatomin i deras mundelar.

"Dessa små detaljer låter oss se att det finns en uppsättning organ i huvudet på fossilerna som motsvarar vad vi ser i munområdena hos levande myriapoder, " säger Greg. Detta har bekräftat att de troligen var de tidiga, vattenlevande förfäder till alla levande tusenfotingar och tusenfotingar.

Det som är intressant med detta är att det inte är första gången som dessa tidiga myriapods har hittats i fossilregistret.

Kända som euthycarcinoids, kropparna av dessa varelser är kända i stenar från kambrium till trias, medan deras spår har hittats på forntida tidvattenslägenheter och kustsanddyner. Det är bara det att dessa fossil inte var tillräckligt detaljerade och hade tidigare felidentifierats som tidiga släktingar av kräftdjur eller spindeldjur.

Nu, Greg och hans kollegor har kunnat visa att denna tolkning var fel, och att de faktiskt tillhör en helt annan grupp av leddjur och hjälper till att täppa till denna långvariga lucka i fossilregistret.

Arbetet bidrar också till att visa hur användningen av modern teknik kan ge nya insikter om gamla exemplar.

"För att vara ärlig, de är bara seriöst vackra fossiler, " säger Greg. "Vi kan berätta mer om formen på dessa djur än jag ens hade kunnat föreställa mig skulle ha varit möjligt.

"Den där bilden av exemplaret är en av de mest sublima fossiler som jag någonsin kommer att få möjlighet att arbeta med."