Skamielina sprzed 525 milionów lat wymyka się podręcznikowemu wyjaśnieniu ewolucji mózgu

Streszczenie: Skamielina małego stworzenia morskiego sprzed 525 milionów lat z zachowanym układem nerwowym może rozwiązać stuletnią debatę na temat ewolucji mózgów stawonogów.

źródło: Uniwersytet Arizony

Skamieliny maleńkiego stworzenia morskiego, które zmarło ponad pół miliarda lat temu, mogą skłonić do ponownego napisania podręcznika naukowego na temat ewolucji mózgu.

Badanie opublikowane w Science – kierowane przez Nicholasa Strausfelda, Regent Professor w Department of Neuroscience na University of Arizona i Frank Hirth, Reader of Evolutionary Neuroscience w King’s College w Londynie – przedstawiają pierwszy szczegółowy opis katenulum sercaZwierzę podobne do robaka zachowane w skałach w prowincji Yunnan w południowych Chinach. Mierząca pół cala (mniej niż 1,5 cm) długość i po raz pierwszy odkryta w 1984 r., skamielina wciąż skrywa kluczową tajemnicę: delikatnie zachowany układ nerwowy, w tym mózg.

„O ile nam wiadomo, jest to najstarszy skamieniały mózg, jaki znamy” – powiedział Straussfeld.

serce Należy do wymarłej grupy zwierząt znanej jako lobotomia, która była obfita na początku okresu znanego jako kambr, kiedy prawie wszystkie główne linie zwierząt pojawiły się w bardzo krótkim okresie między 540 a 500 milionami lat temu.

Lobopodianie prawdopodobnie poruszali się po dnie morskim, używając wielu par miękkich, krótkich nóg, którym brakuje stawów ich potomków, euarthropodów — greckie słowo oznaczające „prawdziwie przegubową stopę”. Dzisiejsi najbliżsi żyjący krewni zrazików to aksamitki, które żyją głównie w Australii, Nowej Zelandii i Ameryce Południowej.

Debata sięgająca XIX wieku

skamieniałości serce Ujawnia zwierzę z segmentowanym tułowiem, w którym często występują układy struktur nerwowych zwanych zwojami. Stoi to w jaskrawym kontraście z jego głową i mózgiem, z których oba nie mają żadnych dowodów na segmentację.

„Ta anatomia była zupełnie nieoczekiwana, ponieważ głowy i mózgi współczesnych stawonogów oraz niektórych ich skamieniałych przodków przez ponad sto lat uważano za fragmentaryczne” – powiedział Strausfeld.

Zdaniem autorów odkrycie to rozwiązuje długą i gorącą debatę na temat pochodzenia i powstawania głowotułowia u stawonogów, najbogatszej gatunkowo grupy w królestwie zwierząt. Stawonogi obejmują owady, skorupiaki, pająki i inne pająki, a także niektóre inne linie rodowe, takie jak krocionogi i stonogi.

„Od lat 80. XIX wieku biolodzy zauważali wyraźnie podzielony na segmenty wygląd tułowia typowy dla stawonogów, ekstrapolując to głównie na głowę” – powiedział Heath. „W ten sposób badacze doszli do wniosku, że głowa jest przednim przedłużeniem podzielonego na segmenty tułowia”.

„Ale serce Pokazuje, że wczesna głowa nie była podzielona na segmenty, podobnie jak jej mózg, co wskazuje, że układ nerwowy mózgu i tułowia prawdopodobnie rozwinęły się oddzielnie” – powiedział Strausfeld.

Mózgi nie kostnieją

serce Była częścią Fauny Zhengjiang, słynnego złoża skamielin w prowincji Yunnan, odkrytego przez paleontologa Xianguang Hu. Miękkie, delikatne ciała lobotomii zostały dobrze zachowane w zapisie kopalnym, ale poza tym serce Żaden nie został zbadany pod kątem głowy i mózgu, być może dlatego, że zraziki są na ogół małe.

Zaznacz części serce Były to serie trójkątnych struktur w kształcie siodeł, które definiowały każdy segment i działały jako punkty mocowania par nóg. Te znajdują się w starszych skałach datowanych na nadejście okresu kambru.

„To mówi nam, że opancerzone lobonogi były prawdopodobnie najstarszymi stawonogami” – powiedział Strausfeld, wyprzedzając nawet trylobity, kultową i zróżnicowaną grupę stawonogów morskich, które wymarły około 250 milionów lat temu.

„Do niedawna powszechnie uważano, że mózgi nie ulegają fosylizacji” – powiedział Heath. „Więc po pierwsze nie spodziewałbyś się znaleźć skamieliny z zachowanym mózgiem. Po drugie, to zwierzę jest tak małe, że nawet nie odważyłbyś się na nie spojrzeć w nadziei na znalezienie mózgu.”

Jednak praca w ciągu ostatnich 10 lat, z których większość wykonał Strausfeld, zidentyfikowała liczne przypadki zachowanych mózgów w różnych skamieniałych stawonogach.

Wspólny genetyczny plan piętra, aby zrobić mózg

W swoim nowym badaniu autorzy nie tylko zidentyfikowali mózg serce Ale porównaliśmy go również do znanych skamielin i żywych stawonogów, w tym pająków i stonóg.

Łącząc szczegółowe badania anatomiczne skamieniałych lobopodów z analizami wzorców ekspresji genów u ich żyjących potomków, doszli do wniosku, że od okresu kambru do dziś zachował się wspólny schemat organizacji mózgu.

„Porównując znane wzorce ekspresji genów u żywych gatunków, zidentyfikowaliśmy wspólną sygnaturę dla wszystkich mózgów i sposób ich powstawania” – powiedział Heath.

w serceTrzy domeny mózgowe są związane z odrębną parą przydatków głowy i jednym z trzech odcinków przedniego przewodu pokarmowego.

Heath dodał: „Zdaliśmy sobie sprawę, że każdy obszar mózgu i odpowiadające mu cechy są określone przez tę samą kombinację genów, niezależnie od gatunku, na który patrzyliśmy”. „To sugerowało wspólny plan genetyczny do stworzenia mózgu”.

Lekcje dotyczące rozwoju mózgu kręgowców

Zobacz też

Hirth i Straussfeld twierdzą, że zasady opisane w ich badaniu mogą mieć zastosowanie do innych organizmów poza stawonogami i ich najbliższymi krewnymi. Ma to ważne implikacje, powiedzieli, przy porównywaniu układu nerwowego stawonogów z układem nerwowym kręgowców, które wykazują podobnie charakterystyczną architekturę, w której przodomózgowie i śródmózgowie różnią się genetycznie i rozwojowo od rdzenia kręgowego.

Ich odkrycia dostarczają również komunikatu komunikacyjnego w czasie, gdy planeta zmienia się dramatycznie pod wpływem zmian klimatu, powiedział Strausfeld.

„W czasie, gdy wielkie wydarzenia geologiczne i klimatyczne zmieniały kształt planety, proste zwierzęta morskie, takie jak… serce Dało to początek najbardziej zróżnicowanej grupie organizmów na świecie – stawonogom – które ostatecznie rozprzestrzeniły się na wszystkie powstające siedliska na Ziemi, ale obecnie są zagrożone przez gatunki efemeryczne. „

papier „Lobopodian dolnego kambru serce Współautorami raportu „Origin of Orthropod Brains” są Xianguang Hou z Yunnan Key Laboratory of Paleontology na Uniwersytecie Yunnan w Kunming w Chinach oraz Marcel Sayer, który jest zatrudniony na Uniwersytecie w Lund w Lund w Szwecji oraz w Departamencie nauk biologicznych na Macquarie University w Sydney.

Finansowanie: Ta praca została sfinansowana przez National Science Foundation, University of Arizona Regents Fund oraz brytyjską Radę ds. Badań nad Biotechnologią i Naukami Biologicznymi.

O tych badaniach wiadomości Evolutionary Neuroscience

autor: Daniel Stolt
źródło: Uniwersytet Arizony
Kontakt: Daniel Stolt z Uniwersytetu Arizony
obrazek: Źródło zdjęcia: Nicholas Strausfeld/University of Arizona

Oryginalne wyszukiwanie: Dostęp zamknięty.
„Dolnokambr Lobopodian Cardiodictyon określa pochodzenie mózgów ortropodówMikołaja Straussfelda i in. Nauki

Streszczenie

Dolnokambr Lobopodian Cardiodictyon określa pochodzenie mózgów ortropodów

Przez ponad sto lat pochodzenie i ewolucja głowy i mózgu stawonogów wymykały się ujednoliconemu uzasadnieniu godzenia odmiennych form i relacji ewolucyjnych.

Tutaj ilustracji dostarcza skamieniały układ nerwowy lobopodianu dolnego kambru katenulum serca, który ujawnia niepodzielną głowę i mózg składający się z trzech domen głowowych, różniących się od rozległego brzusznego układu nerwowego obsługującego jego wyrostek rdzeniowy. Każda domena odpowiada jednemu z trzech składników jelita przedniego i parze przydatków głowy.

Korespondencja morfologiczna ze stawonogami z grupy macierzystej i wyrównanie wzorców ekspresji genów homologicznych do istniejących panartonogów pokazuje, że domeny głowowe C. katenulum Poprzedza ewolucję głowy eustawonogów, ale odpowiada neuronom, które definiują mózgi i żuchwy żywych eustawonogów.