Libri di scienze sbagliati? Il fossile di 525 milioni di anni sfida la spiegazione comune dell’evoluzione del cervello

L’impressione di un artista di un lignaggio di 525 milioni di anni fa sul fondale marino costiero poco profondo, che emerge da un piccolo rifugio di stromatolite costruito da batteri fotosintetici. Credito: Nicholas Straussfeld/Università dell’Arizona

I fossili di una minuscola creatura marina con un sistema nervoso delicatamente preservato risolvono un dibattito secolare su come il cervello si è evoluto negli artropodi, il gruppo più ricco di specie nel regno animale, secondo un nuovo studio.

I fossili di una minuscola creatura marina morta più di mezzo miliardo di anni fa potrebbero richiedere una riscrittura del libro di testo scientifico su come si è evoluto il cervello.

Un nuovo studio fornisce la prima descrizione dettagliata di catenulo del cuoreUn animale simile a un verme conservato nelle rocce nella provincia dello Yunnan, nel sud della Cina. Lungo mezzo pollice (meno di 1,5 cm) e scoperto per la prima volta nel 1984, il fossile nasconde ancora un segreto cruciale: un sistema nervoso delicatamente conservato, compreso il cervello. Pubblicato sulla rivista Scienze Il 24 novembre, la ricerca è stata guidata da Nicholas Strausfeld, Regent Professor presso il Dipartimento di Neuroscienze dell’Università dell’Arizona, e Frank Hirth, Lettore di Neuroscienze Evolutive al King’s College di Londra.

“Per quanto ne sappiamo, questo è il più antico cervello fossilizzato che conosciamo finora”, ha detto Straussfeld.

il cuore Appartiene a un gruppo estinto di animali noto come lobotomia, che era abbondante all’inizio durante un periodo noto come Cambriano, quando quasi tutti i principali lignaggi animali apparvero durante un periodo di tempo molto breve tra 540 milioni e 500 milioni di anni fa. I lobopodi probabilmente si muovevano sul fondo del mare usando più paia di gambe morbide e tozze che non avevano le articolazioni dei loro discendenti, gli euartropodi, una parola greca per “vero piede articolato”. I parenti viventi più stretti di oggi della lobotomia sono i vermi di velluto che vivono principalmente in Australia, Nuova Zelanda e Sud America.

Serie di cuori fossilizzati

La serie Cardiodictyon fossilizzata è stata scoperta nel 1984 tra una varietà di creature estinte conosciute come fauna di Chengjian nello Yunnan, in Cina. In questa foto, la testa dell’animale è sulla destra. Credito: Nicholas Straussfeld/Università dell’Arizona

Un dibattito che risale all’Ottocento

fossili il cuore Rivela un animale con un tronco segmentato in cui sono presenti frequenti disposizioni di strutture nervose note come gangli. Ciò è in netto contrasto con la sua testa e il suo cervello, entrambi privi di qualsiasi evidenza di segmentazione.

“Questa anatomia è stata completamente inaspettata perché le teste e i cervelli dei moderni artropodi, e alcuni dei loro antenati fossilizzati, per più di cento anni sono stati considerati frammentari”, ha detto Strausfeld.

Secondo gli autori, questa scoperta risolve un lungo e acceso dibattito sull’origine e la formazione del cefalotorace negli artropodi, il gruppo più ricco di specie del mondo nel regno animale. Gli artropodi includono insetti, crostacei, ragni e altri ragni, così come alcuni altri lignaggi come millepiedi e millepiedi.

“Dal 1880, i biologi hanno notato l’aspetto distintamente segmentato del tronco tipico degli artropodi, estrapolandolo principalmente alla testa”, ha detto Heath. “È così che il campo è arrivato all’ipotesi che la testa sia un’estensione anteriore di un tronco segmentato”.

“Ma il cuore Mostra che la prima testa non era segmentata, e nemmeno il suo cervello, il che indica che il cervello e il sistema nervoso del tronco probabilmente si svilupparono separatamente”, ha detto Strausfeld.

Testa e mente fossilizzate per la serie Heart

Testa fossile della serie Cardiodictyon (davanti a destra). I depositi viola indicano strutture cerebrali fossilizzate. Credito: Nicholas Straussfeld

I cervelli non si ossificano

il cuore Faceva parte della Fauna di Zhengjiang, un famoso deposito di fossili nella provincia dello Yunnan scoperto dal paleontologo Xianguang Hu. I corpi morbidi e delicati della lobotomia sono stati ben conservati nella documentazione sui fossili, ma per il resto il cuore Nessuno è stato esaminato per la testa e il cervello, forse perché i lobuli sono generalmente piccoli. Evidenziare le parti il cuore Erano una serie di strutture triangolari a forma di sella che definivano ogni segmento e fungevano da punti di attacco per paia di gambe. Quelli si trovano in rocce più antiche risalenti all’avvento del periodo Cambriano.

“Questo ci dice che i lobopodi corazzati erano probabilmente gli artropodi più antichi”, ha detto Strausfeld, anticipando persino i trilobiti, un gruppo iconico e diversificato di artropodi marini che si estinse circa 250 milioni di anni fa.

“Fino a poco tempo fa, la comprensione comune era che i cervelli non si fossilizzano”, ha detto Heath. “Quindi non ti aspetteresti di trovare un fossile con un cervello conservato in primo luogo. E in secondo luogo, questo animale è così piccolo che non oserai nemmeno guardarlo nella speranza di trovare un cervello”.

Tuttavia, il lavoro degli ultimi 10 anni, gran parte del quale ha svolto Strausfeld, ha identificato numerosi casi di cervelli conservati in una varietà di artropodi fossilizzati.

Piano genetico comune per creare un cervello

Nel loro nuovo studio, gli autori non solo hanno identificato un cervello il cuore Ma l’abbiamo anche confrontato con fossili conosciuti e artropodi viventi, inclusi ragni e millepiedi. Combinando studi anatomici dettagliati dei lobopodi fossili con analisi dei modelli di espressione genica nei loro discendenti viventi, hanno concluso che un modello comune per l’organizzazione del cervello è stato preservato dal periodo Cambriano fino ad oggi.

“Confrontando i modelli di espressione genica noti nelle specie viventi, abbiamo identificato una firma comune per tutti i cervelli e come si formano”, ha detto Heath.

in il cuoreTre domini cerebrali sono associati a una coppia distinta di appendici della testa e a uno dei tre segmenti del tubo digerente anteriore.

Heath ha aggiunto: “Ci siamo resi conto che ogni area del cervello e le sue caratteristiche corrispondenti sono determinate dalla stessa combinazione di geni, indipendentemente dalle specie che abbiamo esaminato”. “Questo ha suggerito una pianta genetica comune per creare un cervello”.

Lezioni per lo sviluppo del cervello dei vertebrati

Hirth e Straussfeld affermano che i principi descritti nel loro studio possono essere applicati ad altri organismi al di fuori degli artropodi e dei loro immediati parenti. Ciò ha importanti implicazioni, hanno detto, quando si confronta il sistema nervoso degli artropodi con quello dei vertebrati, che mostrano un’architettura similmente distintiva in cui il prosencefalo e il mesencefalo sono geneticamente ed evolutivamente diversi dal midollo spinale.

Le loro scoperte forniscono anche un messaggio di comunicazione in un momento in cui il pianeta sta cambiando radicalmente sotto l’influenza dei cambiamenti climatici, ha affermato Strausfeld.

“In un momento in cui i principali eventi geologici e climatici stavano rimodellando il pianeta, semplici animali marini come… il cuore Ha dato origine al gruppo di organismi più diversificato al mondo – gli euartropodi – che alla fine si sono diffusi in ogni habitat nascente sulla Terra, ma ora sono minacciati da specie effimere. “

Riferimento: “Cambriano inferiore lobopodiano il cuore Decide l’origine dei cervelli di ortropodi “di Nicholas J. Straussfeld, Xiangwang Hu, Marcel E. Sayre e Frank Hirth, 24 novembre 2022, disponibile qui. Scienze.
DOI: 10.1126/science.abn6264

Il documento è stato co-autore di Xianguang Hou presso lo Yunnan Key Laboratory of Paleontology presso l’Università Yunnan di Kunming, in Cina, e Marcel Sayer, che ha incarichi presso l’Università di Lund a Lund, in Svezia, e presso il Dipartimento di Scienze Biologiche presso la Macquarie University di Sidney.

Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation, dal Regents Fund dell’Università dell’Arizona e dal Consiglio di ricerca sulle biotecnologie e le scienze biologiche del Regno Unito.

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