¿Los libros de ciencia están equivocados? Un fósil de 525 millones de años desafía la explicación común de la evolución del cerebro

Impresión de un artista de un linaje cardediction de 525 millones de años en el lecho marino costero poco profundo, que emerge de un pequeño refugio de estromatolitos construido por bacterias fotosintéticas. Crédito: Nicholas Straussfeld/Universidad de Arizona

Los fósiles de una diminuta criatura marina con un sistema nervioso delicadamente conservado resuelven un debate centenario sobre cómo evolucionó el cerebro en los artrópodos, el grupo más rico en especies del reino animal, según un nuevo estudio.

Los fósiles de una diminuta criatura marina que murió hace más de quinientos millones de años pueden impulsar una reescritura del libro de texto de ciencia sobre cómo evolucionó el cerebro.

Un nuevo estudio proporciona la primera descripción detallada de caténulo del corazónUn animal parecido a un gusano conservado en rocas en la provincia de Yunnan, en el sur de China. Con una media pulgada (menos de 1,5 cm) de largo y descubierto inicialmente en 1984, el fósil aún oculta un secreto crucial: un sistema nervioso delicadamente conservado, incluido el cerebro. Publicado en la revista Ciencias El 24 de noviembre, la investigación estuvo a cargo de Nicholas Strausfeld, profesor regente del Departamento de Neurociencia de la Universidad de Arizona, y Frank Hirth, lector de neurociencia evolutiva del King’s College de Londres.

“Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora”, dijo Straussfeld.

el corazón Pertenece a un grupo extinto de animales conocido como lobotomía, que abundó al principio durante un período conocido como el Cámbrico, cuando casi todos los principales linajes de animales aparecieron durante un período muy corto de tiempo entre hace 540 millones y 500 millones de años. Es probable que los lobopodios se movieran en el lecho marino usando múltiples pares de patas suaves y rechonchas que carecen de las articulaciones de sus descendientes, los euartrópodos, una palabra griega para “verdadero pie articulado”. Los parientes vivos más cercanos de la lobotomía en la actualidad son los gusanos de terciopelo que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.

La serie Cardiodictyon fosilizada fue descubierta en 1984 entre una variedad de criaturas extintas conocidas como fauna de Chengjian en Yunnan, China. En esta foto, la cabeza del animal está a la derecha. Crédito: Nicholas Straussfeld/Universidad de Arizona

Un debate que se remonta al siglo XIX.

fósiles el corazón Revela un animal con un tronco segmentado en el que son frecuentes los arreglos de estructuras nerviosas conocidas como ganglios. Esto está en marcado contraste con su cabeza y cerebro, los cuales carecen de evidencia de segmentación.

“Esta anatomía fue completamente inesperada porque las cabezas y los cerebros de los artrópodos modernos y algunos de sus ancestros fosilizados, durante más de cien años, se consideraron fragmentarios”, dijo Strausfeld.

Según los autores, este descubrimiento resuelve un largo y acalorado debate sobre el origen y la formación del cefalotórax en los artrópodos, el grupo más rico en especies del mundo en el reino animal. Los artrópodos incluyen insectos, crustáceos, arañas y otras arañas, así como algunos otros linajes como milpiés y ciempiés.

“Desde la década de 1880, los biólogos han notado la apariencia claramente segmentada del tronco típica de los artrópodos, extrapolándolo principalmente a la cabeza”, dijo Heath. “Así es como el campo llegó a la suposición de que la cabeza es una extensión anterior de un torso segmentado”.

“Pero el corazón Muestra que la cabeza temprana no estaba segmentada, y tampoco su cerebro, lo que indica que el cerebro y el sistema nervioso del tronco probablemente se desarrollaron por separado”, dijo Strausfeld.

Cabeza fósil de la serie Cardiodictyon (frente a la derecha). Los depósitos morados indican estructuras cerebrales fosilizadas. Crédito: Nicholas Straussfeld

Los cerebros no se osifican

el corazón Era parte de la fauna de Zhengjiang, un famoso depósito de fósiles en la provincia de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xianguang Hu. Los cuerpos blandos y delicados de la lobotomía se han conservado bien en el registro fósil, pero por lo demás el corazón Ninguno ha sido examinado por su cabeza y cerebro, quizás porque los lóbulos son generalmente pequeños. Resaltar partes el corazón Eran una serie de estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y actuaban como puntos de unión para pares de patas. Estos se encuentran en rocas más antiguas que datan del advenimiento del período Cámbrico.

“Esto nos dice que los lobopodos acorazados fueron probablemente los artrópodos más antiguos”, dijo Strausfeld, anterior incluso a los trilobites, un grupo icónico y diverso de artrópodos marinos que se extinguieron hace unos 250 millones de años.

“Hasta hace muy poco, el entendimiento común era que los cerebros no se fosilizan”, dijo Heath. “Entonces, en primer lugar, no esperaría encontrar un fósil con un cerebro conservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera se atrevería a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro”.

Sin embargo, el trabajo de los últimos 10 años, gran parte del cual ha sido realizado por Strausfeld, ha identificado numerosos casos de cerebros preservados en una variedad de artrópodos fosilizados.

Plano genético común para hacer un cerebro

En su nuevo estudio, los autores no solo identificaron un cerebro el corazón Pero también lo comparamos con fósiles conocidos y artrópodos vivos, incluidas arañas y ciempiés. Al combinar estudios anatómicos detallados de los lobopodos fósiles con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, concluyeron que se conservó un modelo común para la organización del cerebro desde el período Cámbrico hasta la actualidad.

“Al comparar patrones de expresión génica conocidos en especies vivas, identificamos una firma común para todos los cerebros y cómo se forman”, dijo Heath.

en el corazónTres dominios cerebrales están asociados con un par distinto de apéndices de la cabeza y con uno de los tres segmentos del tracto digestivo anterior.

Heath agregó: “Nos dimos cuenta de que cada área del cerebro y sus características correspondientes están determinadas por la misma combinación de genes, independientemente de la especie que estudiemos”. “Esto sugirió un plan de piso genético común para hacer un cerebro”.

Lecciones para el desarrollo del cerebro de los vertebrados

Hirth y Straussfeld dicen que los principios descritos en su estudio pueden aplicarse a otros organismos fuera de los artrópodos y sus parientes inmediatos. Esto tiene implicaciones importantes, dijeron, al comparar el sistema nervioso de los artrópodos con el de los vertebrados, que muestran una arquitectura distintiva similar en la que el prosencéfalo y el mesencéfalo son genética y evolutivamente diferentes de la médula espinal.

Sus hallazgos también brindan un mensaje de comunicación en un momento en que el planeta está cambiando drásticamente bajo la influencia de los cambios climáticos, dijo Strausfeld.

“En un momento en que los principales eventos geológicos y climáticos estaban remodelando el planeta, simples animales marinos como… el corazón Dio lugar al grupo de organismos más diverso del mundo, los euartrópodos, que finalmente se extendieron a todos los hábitats nacientes de la Tierra, pero ahora están amenazados por especies efímeras. “

Referencia: “Lobopodian Lower Cambrian el corazón Decides the Origin of Orthropod Brains” por Nicholas J. Straussfeld, Xiangwang Hu, Marcel E. Sayre y Frank Hirth, 24 de noviembre de 2023, disponible aquí. Ciencias.
DOI: 10.1126/ciencia.abn6264

El artículo fue coautor de Xianguang Hou del Laboratorio Clave de Paleontología de Yunnan en la Universidad de Yunnan en Kunming, China, y Marcel Sayer, quien tiene cargos en la Universidad de Lund en Lund, Suecia, y en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Macquarie en Sídney.

Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, el Fondo Regents de la Universidad de Arizona y el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido.