RESUMEN
The anterior-most unit of the crown-group arthropod body plan includes three segments, the pre-gnathal segments, that contain three neuromeres that together comprise the brain. Recent work on the development of this anterior region has shown that its three units exhibit many developmental differences to the more posterior segments, to the extent that they should not be considered serial homologs. Building on this revised understanding of the development of the pre-gnathal segments, we suggest a novel scenario for arthropod head evolution. We posit an expansion of an ancestral single-segmented head at the transition from Radiodonta to Deuteropoda in the arthropod stem group. The expanded head subdivided into three segmental units, each maintaining some of the structures of the ancestral head. This scenario is consistent with what we know of head evolution from the fossil record and helps reconcile some of the debates about early arthropod evolution.
Homologie en série et identité des segments dans la tête de l'arthropodes Oren Lev, Gregory D. Edgecombe and Ariel D. ChipmanL'unité la plus antérieure du plan corporel des arthropodes du groupe couronne comprend trois segments, les segments pré-gnathaux, qui contiennent trois neuromères qui, ensemble, constituent le cerveau. Des études récentes sur le développement de cette région antérieure ont montré que ses trois unités présentent de nombreuses différences de développement avec les segments plus postérieurs, au point qu'elles ne doivent pas être considérées comme des homologues sérielles. Basés sur cette révision de notre compréhension du développement des segments pré-gnathaux, nous proposons un nouveau scénario pour l'évolution de la tête des arthropodes. Nous postulons une expansion d'une tête ancestrale mono-segmentaire lors de la transition de Radiodonta à Deuteropoda dans le groupe souche des arthropodes. La tête élargie était divisée en trois unités segmentaires, chacune conservant certaines des structures de la tête ancestrale. Ce scénario est cohérent avec ce que nous savons de l'évolution de la tête à partir des archives fossiles et aide à concilier certains débats sur les stades premiers de l'évolution des arthropodes.
Homología serial e identidad de los segmentos en la cabeza del artrópodos Oren Lev, Gregory D. Edgecombe and Ariel D. ChipmanLa parte más anterior del plano corporal del grupo corona de los artrópodos incluye tres segmentos, los llamados segmentos pregnatales, que a su vez contienen tres neurómeros que constituyen el cerebro en su conjunto. Estudios recientes sobre el desarrollo de esta región anterior han demostrado que sus tres unidades muestran muchas diferencias de desarrollo con respecto a los segmentos posteriores, por lo que no deberían considerarse homólogos seriales. Teniendo en cuenta el desarrollo de los segmentos pregnatales, sugerimos un escenario alternativo para la evolución de la cabeza de los artrópodos. Proponemos la expansión de una cabeza ancestral con solo un segmento en la transición evolutiva de Radiodonta a Deuteropoda en el grupo troncal de los artrópodos. La cabeza expandida se subdividió en tres unidades segmentales, cada una de ellas manteniendo algunas de las estructuras de la cabeza ancestral. Este escenario es consistente con nuestro conocimiento de le evolución cefálica en el registro fósil y facilita la reconciliación de algunos de los debates sobre las etapas tempranas en la evolución de los artrópodos.
RESUMEN
The three anterior-most segments in arthropods contain the ganglia that make up the arthropod brain. These segments, the pre-gnathal segments (PGS), are known to exhibit many developmental differences to other segments, believed to reflect their divergent morphology. We have analyzed the expression and function of the genes involved in the conserved segment-polarity network, including genes from the Wnt and Hedgehog pathways, in the PGS, compared with the trunk segments, in the hemimetabolous insect Oncopeltus fasciatus. Gene function was tested by manipulating expression through RNA interference against components of the two pathways. We show that there are fundamental differences in the expression patterns of the segment polarity genes, in the timing of their expression and in the interactions among them in the process of pre-gnathal segment generation, relative to all other segments. We argue that given these differences, the PGS should not be considered serially homologous to trunk segments. This realization raises important questions about the differing evolutionary ancestry of different regions of the arthropod head.
