Špatné vědecké knihy? 525 milionů let stará fosilie se vzpírá běžnému vysvětlení evoluce mozku

Fosílie drobného mořského tvora s delikátně zachovaným nervovým systémem řeší podle nové studie stoletou debatu o tom, jak se mozek u členovců, druhově nejbohatší skupiny v živočišné říši, vyvinul.

Fosílie drobného mořského tvora, který zemřel před více než půl miliardou let, mohou vyvolat přepsání vědecké učebnice o tom, jak se mozek vyvíjel.

Nová studie poskytuje první podrobný popis catenulum srdceČervovité zvíře uchované ve skalách v provincii Yunnan v jižní Číně. Fosilie, která měří půl palce (méně než 1,5 cm) a byla původně objevena v roce 1984, stále skrývá zásadní tajemství: jemně zachovaný nervový systém, včetně mozku. Publikováno v časopise vědy 24. listopadu výzkum vedli Nicholas Strausfeld, profesor regenta na katedře neurověd na Arizonské univerzitě, a Frank Hirth, čtenář evoluční neurovědy na King’s College London.

„Pokud víme, jde o nejstarší zkamenělý mozek, o kterém zatím víme,“ řekl Straussfeld.

srdce Patří do vyhynulé skupiny zvířat známé jako lobotomie, která byla hojná na počátku období známého jako kambrium, kdy se téměř všechny hlavní živočišné linie objevily během velmi krátké doby mezi 540 miliony a 500 miliony let. Lobopodiáni se pravděpodobně pohybovali na mořském dně pomocí několika párů měkkých, zavalitých nohou, kterým chyběly klouby jejich potomků, euartropodů – řecké slovo pro „skutečnou kloubovou nohu“. Dnešní nejbližší žijící příbuzní lobotomie jsou aksamitníci žijící hlavně v Austrálii, na Novém Zélandu a v Jižní Americe.

Fosilizovaná série Cardiodictyon byla objevena v roce 1984 mezi řadou vyhynulých tvorů známých jako Chengjian fauna v Yunnanu v Číně. Na této fotografii je hlava zvířete vpravo. Kredit: Nicholas Straussfeld/University of Arizona

Debata sahající až do devatenáctého století

fosílie srdce Odhaluje zvíře s členitým chobotem, ve kterém jsou častá uspořádání nervových struktur známých jako ganglia. To je v příkrém rozporu s jeho hlavou a mozkem, které postrádají jakýkoli důkaz o segmentaci.

„Tato anatomie byla zcela neočekávaná, protože hlavy a mozky moderních členovců a některých jejich zkamenělých předků po více než sto let byly považovány za fragmentární,“ řekl Strausfeld.

Tento objev podle autorů řeší dlouhou a bouřlivou debatu o původu a vzniku hlavonožce u členovců, druhově nejbohatší skupiny na světě v živočišné říši. Členovci zahrnují hmyz, korýše, pavouky a další pavouky, stejně jako některé další linie, jako jsou mnohonožky a stonožky.

„Od 80. let 19. století si biologové všímají výrazně segmentovaného vzhledu trupu typického pro členovce, extrapolují to hlavně na hlavu,“ řekl Heath. „Takto pole dospělo k předpokladu, že hlava je předním prodloužením segmentovaného trupu.“

„Ale srdce Ukazuje to, že raná hlava nebyla segmentovaná, stejně jako její mozek, což naznačuje, že se mozek a nervový kmen vyvíjely odděleně,“ řekl Strausfeld.

Fosilní hlava řady Cardiodictyon (vpředu vpravo). Fialové ložiska označují zkamenělé mozkové struktury. Kredit: Nicholas Straussfeld

Mozky nekostnatějí

srdce Byla součástí fauny Zhengjiang, známého fosilního ložiska v provincii Yunnan, které objevil paleontolog Xianguang Hu. Měkká, jemná těla lobotomie se ve fosilním záznamu dobře zachovala, ale jinak srdce U žádného z nich nebyla vyšetřena hlava a mozek, možná proto, že lalůčky jsou obecně malé. Zvýrazněte části srdce Byla to řada trojúhelníkových struktur ve tvaru sedla, které definovaly každý segment a fungovaly jako připojovací body pro páry nohou. Ty se nacházejí ve starších horninách pocházejících z období kambria.

„To nám říká, že obrnění lobopodi byli pravděpodobně nejstarší členovci,“ řekl Strausfeld a předcházel dokonce trilobitům, ikonické a rozmanité skupině mořských členovců, kteří vyhynuli asi před 250 miliony let.

„Až donedávna bylo běžné, že mozky nefosilizují,“ řekl Heath. „Takže byste zaprvé nečekali, že najdete fosilii se zachovalým mozkem. A zadruhé je to zvíře tak malé, že byste se na něj ani neodvážili podívat v naději, že naleznete mozek.“

Nicméně práce za posledních 10 let, z nichž velkou část Strausfeld udělal, identifikovala několik případů mozků uchovaných u různých zkamenělých členovců.

Společný genetický půdorys pro vytvoření mozku

Ve své nové studii autoři nejen identifikovali mozek srdce Ale také jsme to porovnali se známými fosiliemi a živými členovci, včetně pavouků a stonožek. Kombinací podrobných anatomických studií fosilních lobopodů s analýzami vzorců genové exprese u jejich žijících potomků dospěli k závěru, že společný plán pro organizaci mozku se zachoval z období kambria až dodnes.

„Porovnáním známých vzorců genové exprese u živých druhů jsme identifikovali společný podpis pro všechny mozky a jak se tvoří,“ řekl Heath.

v srdceTři mozkové domény jsou spojeny s odlišným párem hlavových přívěsků a s jedním ze tří segmentů předního trávicího traktu.

Heath dodal: „Uvědomili jsme si, že každá oblast mozku a její odpovídající rysy jsou určeny stejnými kombinovanými geny, bez ohledu na to, na který druh jsme se dívali.“ „To naznačovalo společný genetický půdorys pro vytvoření mozku.“

Lekce pro vývoj mozku obratlovců

Hirth a Straussfeld tvrdí, že principy popsané v jejich studii mohou platit i pro jiné organismy mimo členovce a jejich bezprostřední příbuzné. To má důležité důsledky, řekli, při srovnávání nervového systému členovců se systémem obratlovců, kteří vykazují podobně výraznou architekturu, ve které jsou přední mozek a střední mozek geneticky a vývojově odlišné od míchy.

Jejich zjištění také poskytují komunikační zprávu v době, kdy se planeta dramaticky mění pod vlivem klimatických změn, řekl Strausfeld.

„V době, kdy velké geologické a klimatické události přetvářely planetu, jednoduchá mořští živočichové jako… srdce Dala vzniknout nejrozmanitější skupině organismů na světě – euarthropodům – kteří se nakonec rozšířili do všech rodících se biotopů na Zemi, ale nyní jsou ohroženi pomíjivými druhy. „

Odkaz: „Lobopodické spodní kambrium srdce Rozhoduje o původu mozků orthropodů” Nicholas J. Straussfeld, Xiangwang Hu, Marcel E. Sayre a Frank Hirth, 24. listopadu 2022, k dispozici zde. vědy.
DOI: 10.1126/science.abn6264

Článek byl spoluautory Xianguang Hou v Yunnan Key Laboratory of Paleontology na Yunnan University v Kunmingu v Číně a Marcel Sayer, který působí na Lund University ve švédském Lundu a na katedře biologických věd na Macquarie University v roce Sydney.

Tato práce byla financována National Science Foundation, University of Arizona Regents Fund a UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council.