Λάθος τα βιβλία επιστήμης; Απολίθωμα 525 εκατομμυρίων ετών αψηφά την κοινή εξήγηση για την εξέλιξη του εγκεφάλου

Τα απολιθώματα ενός μικροσκοπικού θαλάσσιου πλάσματος με λεπτότατα διατηρημένο νευρικό σύστημα επιλύουν μια αιωνόβια συζήτηση σχετικά με το πώς εξελίχθηκε ο εγκέφαλος στα αρθρόποδα, την πιο πλούσια σε είδη ομάδα στο ζωικό βασίλειο, σύμφωνα με μια νέα μελέτη.

Τα απολιθώματα ενός μικροσκοπικού θαλάσσιου πλάσματος που πέθανε πριν από περισσότερο από μισό δισεκατομμύριο χρόνια μπορεί να προκαλέσουν την επανεγγραφή του επιστημονικού εγχειριδίου για το πώς εξελίχθηκε ο εγκέφαλος.

Μια νέα μελέτη παρέχει την πρώτη λεπτομερή περιγραφή του κάνη της καρδιάςΈνα ζώο σαν σκουλήκι που διατηρείται σε βράχους στην επαρχία Γιουνάν, στη νότια Κίνα. Με μήκος μισή ίντσα (λιγότερο από 1,5 cm) και ανακαλύφθηκε αρχικά το 1984, το απολίθωμα εξακολουθεί να κρύβει ένα κρίσιμο μυστικό: ένα ευαίσθητα διατηρημένο νευρικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφάλου. Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Επιστήμες Στις 24 Νοεμβρίου, η έρευνα διεξήχθη από τον Nicholas Strausfeld, Regent Professor στο Τμήμα Νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα και τον Frank Hirth, Αναγνώστη της Εξελικτικής Νευροεπιστήμης στο King’s College του Λονδίνου.

«Από όσο γνωρίζουμε, αυτός είναι ο παλαιότερος απολιθωμένος εγκέφαλος που γνωρίζουμε μέχρι στιγμής», είπε ο Στράουσφελντ.

η καρδιά Ανήκει σε μια εξαφανισμένη ομάδα ζώων γνωστή ως λοβοτομή, η οποία ήταν άφθονη από νωρίς κατά τη διάρκεια μιας περιόδου γνωστής ως Κάμβριας, όταν σχεδόν όλες οι κύριες γενεαλογίες ζώων εμφανίστηκαν σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα μεταξύ 540 και 500 εκατομμυρίων ετών πριν. Οι Lobopodian πιθανότατα κινούνταν στον πυθμένα της θάλασσας χρησιμοποιώντας πολλά ζεύγη μαλακών, στιβαρών ποδιών που δεν έχουν τις αρθρώσεις των απογόνων τους, των ευρωπόδων – μια ελληνική λέξη για το “αληθινό αρθρωτό πόδι”. Οι σημερινοί πιο στενοί εν ζωή συγγενείς της λοβοτομής είναι τα βελούδινα σκουλήκια που ζουν κυρίως στην Αυστραλία, τη Νέα Ζηλανδία και τη Νότια Αμερική.

Η απολιθωμένη σειρά Cardiodictyon ανακαλύφθηκε το 1984 ανάμεσα σε μια ποικιλία εξαφανισμένων πλασμάτων γνωστών ως πανίδα Chengjian στο Yunnan της Κίνας. Σε αυτή τη φωτογραφία, το κεφάλι του ζώου βρίσκεται στα δεξιά. Πιστώσεις: Nicholas Straussfeld/Πανεπιστήμιο της Αριζόνα

Μια συζήτηση που χρονολογείται από τον δέκατο ένατο αιώνα

απολιθώματα η καρδιά Αποκαλύπτει ένα ζώο με τμηματοποιημένο κορμό στον οποίο υπάρχουν συχνές διευθετήσεις νευρικών δομών γνωστών ως γάγγλια. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με το κεφάλι και τον εγκέφαλό του, τα οποία δεν έχουν κανένα στοιχείο τμηματοποίησης.

«Αυτή η ανατομία ήταν εντελώς απροσδόκητη επειδή τα κεφάλια και οι εγκέφαλοι των σύγχρονων αρθροπόδων και ορισμένων από τους απολιθωμένους προγόνους τους, θεωρούνται αποσπασματικά για περισσότερα από εκατό χρόνια», είπε ο Στράουσφελντ.

Σύμφωνα με τους συγγραφείς, αυτή η ανακάλυψη επιλύει μια μακρά και έντονη συζήτηση σχετικά με την προέλευση και το σχηματισμό του κεφαλοθώρακα στα αρθρόποδα, την πιο πλούσια σε είδη ομάδα στον κόσμο στο ζωικό βασίλειο. Στα αρθρόποδα περιλαμβάνονται τα έντομα, τα καρκινοειδή, οι αράχνες και άλλες αράχνες, καθώς και κάποιες άλλες γενεαλογίες όπως οι χιλιοποδαρούσες και οι σαρανταποδαρούσες.

«Από τη δεκαετία του 1880, οι βιολόγοι έχουν σημειώσει την ευδιάκριτα τμηματοποιημένη εμφάνιση του κορμού που είναι χαρακτηριστική των αρθροπόδων, παρεκτείνοντας αυτή κυρίως στο κεφάλι», είπε ο Heath. «Έτσι κατέληξε το πεδίο στην υπόθεση ότι το κεφάλι είναι μια πρόσθια προέκταση ενός τμηματικού κορμού».

“Αλλά η καρδιά Δείχνει ότι το πρώιμο κεφάλι δεν ήταν τμηματοποιημένο, ούτε και ο εγκέφαλός του, κάτι που δείχνει ότι ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα του κορμού πιθανότατα αναπτύχθηκαν χωριστά», είπε ο Στράουσφελντ.

Απολιθωμένη κεφαλή της σειράς Cardiodictyon (μπροστά δεξιά). Οι μωβ αποθέσεις υποδεικνύουν απολιθωμένες δομές του εγκεφάλου. Πραγματοποίηση: Nicholas Straussfeld

Οι εγκέφαλοι δεν οστεοποιούνται

η καρδιά Ήταν μέρος της πανίδας Zhengjiang, ένα διάσημο κοίτασμα απολιθωμάτων στην επαρχία Yunnan που ανακαλύφθηκε από τον παλαιοντολόγο Xianguang Hu. Τα μαλακά, ευαίσθητα σώματα της λοβοτομής έχουν διατηρηθεί καλά στα απολιθώματα, αλλά διαφορετικά η καρδιά Κανένας δεν έχει εξεταστεί για το κεφάλι και τον εγκέφαλό του, ίσως επειδή οι λοβοί είναι γενικά μικροί. Επισημάνετε μέρη η καρδιά Ήταν μια σειρά από τριγωνικές δομές σε σχήμα σέλας που καθόριζαν κάθε τμήμα και λειτουργούσαν ως σημεία σύνδεσης για ζεύγη ποδιών. Αυτά βρίσκονται σε παλαιότερους βράχους που χρονολογούνται από την έλευση της Κάμβριας περιόδου.

«Αυτό μας λέει ότι τα θωρακισμένα λοβόποδα ήταν πιθανώς τα παλαιότερα αρθρόποδα», είπε ο Στράουσφελντ, προγενέστερα ακόμη και των τριλοβιτών, μια εμβληματική και ποικιλόμορφη ομάδα θαλάσσιων αρθρόποδων που εξαφανίστηκαν πριν από περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια.

«Μέχρι πολύ πρόσφατα, η κοινή αντίληψη ήταν ότι οι εγκέφαλοι δεν απολιθώνονται», είπε ο Χιθ. “Επομένως, δεν θα περίμενες να βρεις ένα απολίθωμα με διατηρημένο εγκέφαλο. Και δεύτερον, αυτό το ζώο είναι τόσο μικρό που δεν θα τολμούσες καν να το κοιτάξεις με την ελπίδα να βρεις εγκέφαλο.”

Ωστόσο, η εργασία τα τελευταία 10 χρόνια, πολλά από τα οποία έχει κάνει ο Στράουσφελντ, έχει εντοπίσει πολυάριθμες περιπτώσεις εγκεφάλων που διατηρούνται σε μια ποικιλία απολιθωμένων αρθρόποδων.

Κοινή γενετική κάτοψη για τη δημιουργία εγκεφάλου

Στη νέα τους μελέτη, οι συγγραφείς όχι μόνο αναγνώρισαν έναν εγκέφαλο η καρδιά Αλλά το συγκρίναμε επίσης με γνωστά απολιθώματα και ζωντανά αρθρόποδα, συμπεριλαμβανομένων των αράχνων και των σαρανταποδαρών. Συνδυάζοντας λεπτομερείς ανατομικές μελέτες των απολιθωμάτων λοβοπόδων με αναλύσεις των προτύπων έκφρασης γονιδίων στους ζωντανούς απογόνους τους, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένα κοινό σχέδιο για την οργάνωση του εγκεφάλου διατηρήθηκε από την περίοδο της Κάμβριας μέχρι σήμερα.

“Με τη σύγκριση των γνωστών μοτίβων έκφρασης γονιδίων σε ζωντανά είδη, εντοπίσαμε μια κοινή υπογραφή για όλους τους εγκεφάλους και τον τρόπο σχηματισμού τους”, δήλωσε ο Heath.

σε η καρδιάΤρεις εγκεφαλικές περιοχές συνδέονται με ένα ξεχωριστό ζεύγος εξαρτημάτων κεφαλής και με ένα από τα τρία τμήματα του πρόσθιου πεπτικού σωλήνα.

Ο Χιθ πρόσθεσε, «Συνειδητοποιήσαμε ότι κάθε περιοχή του εγκεφάλου και τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά της καθορίζονται από τα ίδια γονίδια συνδυασμού, ανεξάρτητα από το είδος που εξετάσαμε». «Αυτό πρότεινε μια κοινή γενετική κάτοψη για τη δημιουργία εγκεφάλου».

Μαθήματα για την ανάπτυξη του εγκεφάλου των σπονδυλωτών

Οι Hirth και Straussfeld λένε ότι οι αρχές που περιγράφονται στη μελέτη τους μπορεί να ισχύουν για άλλους οργανισμούς εκτός των αρθρόποδων και των άμεσων συγγενών τους. Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις, είπαν, όταν συγκρίνουν το νευρικό σύστημα των αρθρόποδων με αυτό των σπονδυλωτών, τα οποία δείχνουν μια παρόμοια ξεχωριστή αρχιτεκτονική στην οποία ο πρόσθιος και ο μεσεγκέφαλος διαφέρουν γενετικά και αναπτυξιακά από τον νωτιαίο μυελό.

Τα ευρήματά τους παρέχουν επίσης ένα επικοινωνιακό μήνυμα σε μια εποχή που ο πλανήτης αλλάζει δραματικά υπό την επίδραση των κλιματικών αλλαγών, είπε ο Στράουσφελντ.

«Σε μια εποχή που μεγάλα γεωλογικά και κλιματικά γεγονότα αναδιαμόρφωσαν τον πλανήτη, απλά θαλάσσια ζώα όπως… η καρδιά Έδωσε την αφορμή για την πιο ποικιλόμορφη ομάδα οργανισμών του κόσμου – τα ευθρόποδα – που τελικά εξαπλώθηκαν σε κάθε εκκολαπτόμενο βιότοπο στη Γη, αλλά τώρα απειλούνται από εφήμερα είδη. “

Αναφορά: «Lobopodian Lower Cambrian η καρδιά Decides the Origin of Orthropod Brains» Από τους Nicholas J. Straussfeld, Xiangwang Hu, Marcel E. Sayre και Frank Hirth, 24 Νοεμβρίου 2022, Διαθέσιμο εδώ. Επιστήμες.
DOI: 10.1126/science.abn6264

Η εργασία συντάχθηκε από τον Xianguang Hou στο Yunnan Key Laboratory of Paleontology στο Yunnan University στο Kunming της Κίνας και τον Marcel Sayer, ο οποίος έχει ραντεβού στο Πανεπιστήμιο Lund στο Lund της Σουηδίας και στο Τμήμα Βιολογικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Macquarie στην Σίδνεϊ.

Αυτή η εργασία χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα Regents Fund και το Ερευνητικό Συμβούλιο Βιοτεχνολογίας και Βιολογικών Επιστημών του Ηνωμένου Βασιλείου.