Abstract Microplastics pose risks to marine organisms through ingestion, entanglement, and as carriers of toxic additives and environmental pollutants. Plastic pre-production pellet leachates have been shown to affect the development of sea urchins and, to some extent, mussels. The extent of those developmental effects on other animal phyla remains unknown. Here, we test the toxicity of environmental mixed nurdle samples and new PVC pellets for the embryonic development or asexual reproduction by regeneration of animals from all the major animal superphyla (Lophotrochozoa, Ecdysozoa, Deuterostomia and Cnidaria). Our results show diverse, concentration-dependent impacts in all the species sampled for new pellets, and for molluscs and deuterostomes for environmental samples. Embryo axial formation, cell specification and, specially, morphogenesis seem to be the main processes affected by plastic leachate exposure. Our study serves as a proof of principle for the potentially catastrophic effects that increasing plastic concentrations in the oceans and other ecosystems can have across animal populations from all major animal superphyla.

Background The evolutionary origins of animal nervous systems remain contentious because we still have a limited understanding of neural development in most major animal clades. Annelids — a species-rich group with centralised nervous systems — have played central roles in hypotheses about the origins of animal nervous systems. However, most studies have focused on adults of deeply nested species in the annelid tree. Recently, Owenia fusiformis has emerged as an informative species to reconstruct ancestral traits in Annelida, given its phylogenetic position within the sister clade to all remaining annelids. Methods Combining immunohistochemistry of the conserved neuropeptides FVamide-lir, RYamide-lir, RGWamide-lir and MIP-lir with gene expression, we comprehensively characterise neural development from larva to adulthood in Owenia fusiformis. Results The early larval nervous system comprises a neuropeptide-rich apical organ connected through peripheral nerves to a prototroch ring and the chaetal sac. There are seven sensory neurons in the prototroch. A bilobed brain forms below the apical organ and connects to the ventral nerve cord of the developing juvenile. During metamorphosis, the brain compresses, becoming ring-shaped, and the trunk nervous system develops several longitudinal cords and segmented lateral nerves. Conclusions Our findings reveal the formation and reorganisation of the nervous system during the life cycle of O. fusiformis, an early-branching annelid. Despite its apparent neuroanatomical simplicity, this species has a diverse peptidergic nervous system, exhibiting morphological similarities with other annelids, particularly at the larval stages. Our work supports the importance of neuropeptides in animal nervous systems and the evolution of biphasic life cycles.

Abstract Indirect development with an intermediate larva exists in all major animal lineages 1 , making larvae central to most scenarios of animal evolution 2-12 . Yet how larvae evolved remains disputed. Here we show that temporal shifts (i.e., heterochronies) in trunk formation underpin the diversification of larvae and bilaterian life cycles. Combining chromosome-scale genome sequencing in the slow-evolving annelid Owenia fusiformis 13 with transcriptomic and epigenomic profiling during the life cycles of this and two other annelids, we found that trunk development is deferred to pre-metamorphic stages in the feeding larva of O. fusiformis , but starts after gastrulation in the non-feeding larva with gradual metamorphosis of Capitella teleta and the direct developing embryo of Dimorphilus gyrociliatus . Accordingly, the embryos of O. fusiformis develop first into an enlarged anterior domain that forms larval tissues and the adult head. Notably, this also occurs in the so-called “head larvae” of other bilaterians 14,15 , with whom O. fusiformis larva shows extensive transcriptomic similarities. Together, our findings suggest that the temporal decoupling of head and trunk formation, as maximally observed in “head larvae”, allowed larval evolution in Bilateria, thus diverging from prevailing scenarios that propose either co-option 10,11 or innovation 12 of gene regulatory programmes to explain larva and adult origins.