Вкаменелост на 525 милиона години противоречи на обяснението в учебниците за еволюцията на мозъка


Вкаменелост на 525 милиона години противоречи на обяснението в учебниците за еволюцията на мозъка

Импресия на художника за индивидуален катенулум на Cardiodictyon на 525 милиона години на плиткото крайбрежно морско дъно, излизащ от убежището на малък строматолит, изграден от фотосинтезиращи бактерии. Кредит: Никълъс Щраусфелд/Университет на Аризона

Вкаменелости на малко морско създание, умряло преди повече от половин милиард години, може да накарат един научен учебник да пренапише как са се развили мозъците.

Проучване, публикувано в Наука– ръководен от Никълъс Щраусфелд, професор на Regents в катедрата по неврология на Университета на Аризона, и Франк Хирт, читател на еволюционна неврология в Кралския колеж в Лондон – предоставя първото подробно описание на Cardiodictyon catenulum, подобно на червей животно, запазено в скали в южната част на Китай Провинция Юнан. С дължина едва половин инч (по-малко от 1,5 сантиметра) и първоначално открита през 1984 г., вкаменелостта криеше важна тайна досега: деликатно запазена нервна система, включително мозък.

„Доколкото ни е известно, това е най-старият вкаменен мозък, за който знаем досега“, каза Щраусфелд.

Кардиодикция принадлежат към изчезнала група животни, известни като бронирани лобоподии, които са били изобилни рано през период, известен като камбрий, когато почти всички основни животински линии са се появили за изключително кратко време между 540 милиона и 500 милиона години. Лобоподите вероятно са се придвижвали по морското дъно, използвайки множество чифта меки, дебели крака, на които липсват ставите на техните потомци, еуартроподите — на гръцки „истинско ставно стъпало“. Днешните най-близки живи роднини на лобоподите са кадифените червеи, които живеят главно в Австралия, Нова Зеландия и Южна Америка.

Дебат, датиращ от 1800 г

Вкаменелости на Кардиодикция разкриват животно със сегментиран хобот, в който има повтарящи се подредби на нервни структури, известни като ганглии. Това рязко контрастира с главата и мозъка му, като и в двата липсват доказателства за сегментиране.

„Тази анатомия беше напълно неочаквана, защото главите и мозъците на съвременните членестоноги и някои от техните фосилизирани предци са били считани за сегментирани повече от сто години“, каза Щраусфелд.

Според авторите находката разрешава дълъг и разгорещен дебат за произхода и състава на главата при членестоногите, най-богатата на видове група в животинското царство. Членестоногите включват насекоми, ракообразни, паяци и други паякообразни, плюс някои други линии като многоножки и стоножки.

„От 1880 г. биолозите забелязаха ясно сегментирания външен вид на тялото, типичен за членестоногите, и основно екстраполираха това към главата“, каза Хирт. „Ето как полето стигна до предположението, че главата е предно продължение на сегментиран ствол.“

“Но Кардиодикция показва, че ранната глава не е била сегментирана, нито нейният мозък, което предполага, че мозъкът и нервната система на тялото вероятно са еволюирали отделно”, каза Щраусфелд.

Вкаменелост на 525 милиона години противоречи на обяснението в учебниците за еволюцията на мозъка

Фосилизираният катенулум на Cardiodictyon е открит през 1984 г. сред разнообразна група от изчезнали същества, известни като фауната Chengjian в Юнан, Китай. На тази снимка главата на животното е отдясно. Кредит: Никълъс Щраусфелд/Университет на Аризона

Мозъците се вкаменяват

Кардиодикция е част от фауната Chengjiang, известно находище на вкаменелости в провинция Юнан, открито от палеонтолога Xianguang Hou. Меките, деликатни тела на лобоподиите са се запазили добре в вкаменелостино освен Кардиодикция никой не е бил изследван внимателно за главата и мозъка си, вероятно защото лобоподиите обикновено са малки. Най-видните части на Кардиодикция бяха поредица от триъгълни структури с форма на седло, които определяха всеки сегмент и служеха като точки за закрепване на двойки крака. Те бяха намерени в още по-стари скали, датиращи от настъпването на камбрия.

„Това ни казва, че бронираните лобоподи може да са били най-ранните членестоноги“, каза Щраусфелд, предшестващи дори трилобитите, емблематична и разнообразна група морски членестоноги, изчезнала преди около 250 милиона години.

„До съвсем скоро общоприетото разбиране беше „мозъците не се вкаменяват“, каза Хирт. „Така че на първо място не бихте очаквали да намерите вкаменелост със запазен мозък. И второ, това животно е толкова малко, че дори не бихте посмели да го погледнете с надеждата да намерите мозък.“

Въпреки това работата през последните 10 години, голяма част от която е извършена от Strausfeld, идентифицира няколко случая на запазени мозъци в различни вкаменени членестоноги.

Общ генетичен основен план за създаване на мозък

В новото си изследване авторите не само идентифицираха мозъка на Кардиодикция но също така го сравни с тези на известни вкаменелости и на живи членестоноги, включително паяци и стоножки. Комбинирайки подробни анатомични изследвания на вкаменелостите на лобоподиите с анализи на моделите на генна експресия в техните живи потомци, те заключават, че споделен план на мозъчната организация се поддържа от камбрия до днес.

„Чрез сравняване на известни модели на генна експресия в живи видове“, каза Хирт, „ние идентифицирахме общ подпис на всички мозъци и как те се формират“.

в Кардиодикциявсеки от три мозъчни домена е свързан с характерна двойка придатъци на главата и с една от трите части на предната храносмилателна система.

„Осъзнахме, че всеки мозъчен домейн и съответните му характеристики се определят от едни и същи комбинирани гени, независимо от вида, който разглеждаме“, добави Хирт. “Това предполага общ генетичен основен план за създаване на мозък.”

Вкаменелост на 525 милиона години противоречи на обяснението в учебниците за еволюцията на мозъка

Фосилизирана глава на Cardiodictyon catenulum (предната е вдясно). Отлаганията с пурпурен цвят маркират фосилизирани мозъчни структури. Кредит: Никълъс Щраусфелд

Уроци за еволюцията на мозъка на гръбначните

Хърт и Щраусфелд казват, че принципите, описани в тяхното изследване, вероятно се прилагат и за други същества извън членестоногите и техните преки роднини. Това има важни последици при сравняването на нервна система на членестоноги с тези на гръбначни животни, които показват подобна различна архитектура, при която предният и средният мозък са генетично и в развитието си различни от гръбначния мозък, казаха те.

Щраусфелд каза, че техните открития също предлагат послание за приемственост във време, когато планетата се променя драстично под влиянието на климатичните промени.

„Във време, когато големи геоложки и климатични събития променяха планетата, прости морски животни като Кардиодикция даде началото на най-разнообразната група организми в света – членестоногите – които в крайна сметка се разпространиха във всяко възникващо местообитание на Земята, но сега са застрашени от нашите собствени ефимерни видове.

Докладът „Долен камбрийски лобоподий Кардиодикция Разрешава произхода на мозъците на Euarthropod“ е съавтор на Xianguang Hou от Ключовата лаборатория за палеонтология на Юнан в университета Юнан в Кунминг, Китай, и Марсел Сейр, който има назначения в университета Лунд в Лунд, Швеция, и в катедрата по биологични науки Науки в университета Macquarie в Сидни.

Повече информация:
Nicholas J. Strausfeld et al, Долнокамбрийският lobopodian Cardiodictyon разрешава произхода на мозъка на еуартроподите, Наука (2022). DOI: 10.1126/science.abn6264. www.science.org/doi/10.1126/science.abn6264

Дерек Е. Г. Бригс и др., Сглобяване на главите, Наука (2022). DOI: 10.1126/science.add7372

Предоставена от
Университет на Аризона


Цитат: Вкаменелост на 525 милиона години се противопоставя на обяснението в учебника за еволюцията на мозъка (2022 г., 25 ноември), извлечено на 25 ноември 2022 г. от https://phys.org/news/2022-11-million-year-old-fossil-defies- учебник-обяснение.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.