Научные книги ошибаются? Окаменелость возрастом 525 миллионов лет бросает вызов общепринятому объяснению эволюции мозга

Впечатление художника о родословной кардедикции возрастом 525 миллионов лет на мелководье прибрежного морского дна, выходящей из небольшого строматолитового убежища, построенного фотосинтетическими бактериями. Фото: Николас Штраусфельд/Университет Аризоны.

Согласно новому исследованию, окаменелости крошечного морского существа с тонко сохранившейся нервной системой разрешают вековой спор о том, как развивался мозг у членистоногих, самой богатой видами группы в животном мире.

Окаменелости крошечного морского существа, умершего более полумиллиарда лет назад, могут стать поводом для переписывания научного учебника о том, как развивался мозг.

Новое исследование дает первое подробное описание катенул сердцаЧервеобразное животное, сохранившееся в скалах в провинции Юньнань на юге Китая. Окаменелость размером полдюйма (менее 1,5 см) в длину, впервые обнаруженная в 1984 году, до сих пор скрывает важный секрет: деликатно сохранившаяся нервная система, включая мозг. Опубликовано в журнале наук 24 ноября исследование возглавили Николас Штраусфельд, регент-профессор кафедры неврологии Университета Аризоны, и Фрэнк Хирт, читатель эволюционной неврологии в Королевском колледже Лондона.

«Насколько нам известно, это самый старый окаменелый мозг, о котором мы знаем», — сказал Штраусфельд.

сердце Он принадлежит к вымершей группе животных, известной как лоботомия, которая была многочисленна в начале периода, известного как кембрий, когда почти все основные линии животных появились в течение очень короткого периода времени между 540 и 500 миллионами лет назад. Лобоподы, вероятно, передвигались по морскому дну, используя несколько пар мягких коротких ног, у которых отсутствуют суставы, как у их потомков, эуартроподов — греческое слово, означающее «настоящая сочлененная стопа». Ближайшими современными родственниками лоботомии являются бархатные черви, обитающие в основном в Австралии, Новой Зеландии и Южной Америке.

Серия окаменелых сердец

Окаменелая серия Cardiodictyon была обнаружена в 1984 году среди множества вымерших существ, известных как фауна Chengjian в провинции Юньнань, Китай. На этом фото голова животного справа. Фото: Николас Штраусфельд/Университет Аризоны.

Дискуссия, восходящая к девятнадцатому веку

окаменелости сердце Это показывает животное с сегментированным туловищем, в котором часто расположены нервные структуры, известные как ганглии. Это резко контрастирует с его головой и мозгом, в которых отсутствуют какие-либо признаки сегментации.

«Эта анатомия была совершенно неожиданной, потому что головы и мозги современных членистоногих и некоторых их окаменелых предков считались фрагментарными более ста лет», — сказал Страусфельд.

По словам авторов, это открытие разрешает долгие и жаркие споры о происхождении и формировании головогруди у членистоногих, самой богатой видами группы в мире животных. Членистоногие включают насекомых, ракообразных, пауков и других пауков, а также некоторые другие родословные, такие как многоножки и многоножки.

«С 1880-х годов биологи отмечали отчетливо сегментированный вид туловища, типичный для членистоногих, экстраполируя это в основном на голову», — сказал Хит. «Вот как поле пришло к предположению, что голова является передним продолжением сегментированного туловища».

«Но сердце Это показывает, что ранняя голова не была сегментирована, как и ее мозг, что указывает на то, что мозг и нервный ствол развивались отдельно», — сказал Штраусфельд.

Окаменелая голова и разум для серии «Сердце»

Ископаемая голова серии Cardiodictyon (спереди справа). Пурпурные отложения указывают на окаменелые структуры мозга. Кредит: Николас Штраусфельд

Мозги не окостеневают

сердце Он был частью фауны Чжэнцзян, известного месторождения ископаемых в провинции Юньнань, открытого палеонтологом Сянгуан Ху. Мягкие, нежные тела лоботомии хорошо сохранились в летописи окаменелостей, но в остальном сердце Голову и мозг ни у кого не исследовали, возможно, потому, что дольки обычно маленькие. Выделите части сердце Они представляли собой серию треугольных седловидных структур, которые определяли каждый сегмент и служили точками крепления пар ног. Они найдены в более старых породах, относящихся к началу кембрийского периода.

«Это говорит нам о том, что бронированные лобоподы, вероятно, были самыми древними членистоногими», — сказал Штраусфельд, предшествовавшими даже трилобитам, культовой и разнообразной группе морских членистоногих, вымерших около 250 миллионов лет назад.

«До недавнего времени считалось, что мозг не окаменевает, — сказал Хит. «Так что, во-первых, вы не ожидаете найти окаменелость с сохранившимся мозгом. А во-вторых, это животное настолько маленькое, что вы даже не посмеете взглянуть на него в надежде найти мозг».

Однако работа за последние 10 лет, большую часть которой проделал Штраусфельд, выявила несколько случаев сохранения мозга у различных окаменелых членистоногих.

Общий генетический план для создания мозга

В своем новом исследовании авторы не только идентифицировали мозг сердце Но мы также сравнили его с известными окаменелостями и живыми членистоногими, включая пауков и многоножек. Объединив подробные анатомические исследования ископаемых лобопод с анализом паттернов экспрессии генов у их живых потомков, они пришли к выводу, что общий план организации мозга сохранился с кембрийского периода до наших дней.

«Сравнивая известные паттерны экспрессии генов у живых видов, мы определили общие признаки для всех видов мозга и то, как они формируются», — сказал Хит.

в сердцеТри мозговых домена связаны с отдельной парой придатков головы и с одним из трех сегментов передней части пищеварительного тракта.

Хит добавил: «Мы поняли, что каждая область мозга и соответствующие ей функции определяются одной и той же комбинацией генов, независимо от того, на какой вид мы смотрели». «Это предполагало общий генетический план создания мозга».

Уроки развития мозга позвоночных

Хирт и Штраусфельд говорят, что принципы, описанные в их исследовании, могут применяться к другим организмам, помимо членистоногих и их ближайших родственников. По их словам, это имеет важное значение при сравнении нервной системы членистоногих с нервной системой позвоночных, которые демонстрируют столь же характерную архитектуру, в которой передний и средний мозг генетически и эволюционно отличаются от спинного мозга.

По словам Страусфельда, их результаты также служат коммуникационным сообщением в то время, когда планета резко меняется под влиянием климатических изменений.

«В то время, когда крупные геологические и климатические явления изменяли форму планеты, простые морские животные, такие как… сердце Это дало начало самой разнообразной группе организмов в мире — эуартроподам, которые в конечном итоге распространились на каждую зарождающуюся среду обитания на Земле, но теперь им угрожают эфемерные виды. «

Ссылка: «Лобоподский нижний кембрий сердце определяет происхождение мозга ортоподов», Николас Дж. Штраусфельд, Сянван Ху, Марсель Э. Сейр и Фрэнк Хирт, 24 ноября 2022 г., доступно здесь. наук.
DOI: 10.1126/science.abn6264

Статья была написана в соавторстве с Xianguang Hou из Ключевой палеонтологической лаборатории Юньнани в Университете Юньнани в Куньмине, Китай, и Марселем Сайером, работающим в Лундском университете в Лунде, Швеция, и на кафедре биологических наук Университета Маккуори в Сидней.

Эта работа финансировалась Национальным научным фондом, Фондом Риджентс Аризонского университета и Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам Великобритании.

READ  НАСА объявляет об успешном испытании новой двигательной установки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.