Nova študija o evoluciji možganov lobopodov bo spremenila učbenike

paleoart panorama image, early under water life forms
Foto: dottedhippo iz iStock

Fosili majhnega morskega bitja, ki je umrlo pred več kot pol milijarde let, bodo morda prisilili k ponovnemu pisanju znanstvenih učbenikov o razvoju možganov.

Skrivnost črvu podobne živali

Študija, ki sta jo vodila profesor Nicholas Strausfeld, na oddelku za nevroznanost na Univerzi v Arizoni, in Frank Hirth, predavatelj evolucijske nevroznanosti na King’s College London, vsebuje prvi podroben opis Cardiodictyon catenulum, črvu podobne živali, ohranjene v kamninah v južni kitajski provinci Yunnan. Ta fosil, ki je bil dolg manj kot 1,5 centimetra in je bil prvotno odkrit leta 1984, je do zdaj skrival ključno skrivnost: nežno ohranjen živčni sistem, vključno z možgani. »Po našem vedenju so to najstarejši fosilni možgani, ki jih poznamo doslej,« je dejal Strausfeld.

Cardiodictyon je pripadal izumrli skupini živali, znanih kot oklepni lobopodi, ki so bili številni na začetku obdobja, znanega kot kambrij, ko so se v izjemno kratkem času med 540 in 500 milijoni let pojavile skoraj vse glavne živalske linije. Lobopodi so se po morskem dnu verjetno gibali z več pari mehkih, štorastih nog, ki niso imele sklepov kot njihovi potomci členonožci. Danes so najbližji živeči sorodniki lobopodov žametni črvi, ki živijo predvsem v Avstraliji, Novi Zelandiji in Južni Ameriki.

paleoart panorama image, early under water life forms
Foto: dottedhippo iz iStock

Razprava, ki sega v 19. stoletje

Fosili Cardiodictyona razkrivajo žival z razčlenjenim trupom, v katerem so ponavljajoče se ureditve živčnih struktur, znanih kot gangliji. To je v velikem nasprotju z glavo in možgani, kjer ni dokazov o segmentaciji.

»Ta anatomija je bila popolnoma nepričakovana, saj so glave in možgani sodobnih členonožcev in nekaterih njihovih fosilnih prednikov več kot sto let veljali za segmentne,« je dejal Strausfeld.

Po mnenju avtorjev odkritje razrešuje dolgo in vročo razpravo o izvoru in sestavi glave pri členonožcih, vrstno najbogatejši skupini v živalskem kraljestvu na svetu. Med členonožce spadajo žuželke, raki, pajki in drugi pajkovci ter nekatere druge linije, kot so stonoge in stonoge.

»Od 80. let 19. stoletja so biologi opazili jasno razčlenjen videz trupa, značilen za členonožce, in ga v bistvu ekstrapolirali na glavo,« je dejal Hirth. »Tako je stroka prišla do domneve, da je glava sprednji podaljšek segmentiranega trupa.«

»Toda Cardiodictyon kaže, da zgodnja glava ni bila segmentirana, prav tako ne možgani, kar kaže, da sta se možgani in živčni sistem trupa verjetno razvila ločeno,« je dejal Strausfeld.

paleoart, early under water life form
Foto: dottedhippo iz iStock

Najzgodnejši členonožci in njihovi možgani

Cardiodictyon je bil del favne Chengjiang, znanega nahajališča fosilov v provinci Yunnan, ki ga je odkril paleontolog Xianguang Hou. Mehka in občutljiva telesa lobopodov so se dobro ohranila v fosilnem zapisu, vendar razen Cardiodictyona pri nobenem od njih niso podrobno preučili glave in možganov, morda zato, ker so lobopodi na splošno majhni. Najznačilnejši deli Cardiodictyona so bile trikotne sedlaste strukture, ki so opredeljevale vsak segment in služile kot pritrdilne točke za pare nog. Te so bile najdene v še starejših kamninah, ki segajo v čas začetka kambrija.

»To nam pove, da so bili oklepni lobopodi morda najzgodnejši členonožci,« je dejal Strausfeld. »Bili so celo pred trilobiti, ikonično in raznoliko skupino morskih členonožcev, ki so izumrli pred približno 250 milijoni let.«

»Do nedavnega je veljalo, da možgani ne fosilizirajo,« je dejal Hirth. »Zato sploh ne bi pričakovali, da bomo našli fosil z ohranjenimi možgani. In drugič, ta žival je tako majhna, da si je ne bi upali niti pogledati v upanju, da bi našli možgane.«

Vendar pa je bilo v zadnjih desetih letih z delom, ki ga je večinoma opravil Strausfeld, ugotovljenih več primerov ohranjenih možganov pri različnih fosilnih členonožcih.

Skupni genetski načrt za izdelavo možganov

V svoji novi študiji avtorji niso le identificirali možganov Cardiodictyona, temveč so jih tudi primerjali z možgani znanih fosilov in živih členonožcev, vključno s pajki in stonogami. Na podlagi kombinacije podrobnih anatomskih študij fosilov lobopodov z analizami vzorcev izražanja genov pri njihovih živih potomcih so ugotovili, da se je skupni načrt organizacije možganov ohranil od kambrija do danes.

»S primerjavo znanih vzorcev izražanja genov pri živih vrstah,« je dejal Hirth, »smo identificirali skupni podpis vseh možganov in njihovega oblikovanja.«

Pri Cardiodictyonu so tri možganske domene povezane z značilnim parom glavnih priveskov in z enim od treh delov sprednjega prebavnega sistema.

»Ugotovili smo, da vsako možgansko domeno in ustrezne značilnosti določa ista kombinacija genov, ne glede na vrsto, ki smo jo obravnavali,« je dodal Hirth. »To je nakazovalo na skupni genetski načrt za izdelavo možganov.«

AI (Artificial Intelligence) concept. Deep learning. Computer programming.
Foto: metamorworks iz iStock

Lekcije za evolucijo možganov vretenčarjev

Hirth in Strausfeld pravita, da načela, opisana v njuni študiji, verjetno veljajo tudi za druga bitja zunaj členonožcev in njihovih neposrednih sorodnikov. To ima pomembne posledice pri primerjavi živčnega sistema členonožcev z živčnim sistemom vretenčarjev, ki imajo podobno izrazito arhitekturo, v kateri se prednji in srednji možgani genetsko in razvojno razlikujejo od hrbtenjače, sta dejala.

Strausfeld je dejal, da njihove ugotovitve ponujajo tudi sporočilo o kontinuiteti v času, ko se planet pod vplivom podnebnih sprememb dramatično spreminja.

»V času, ko so veliki geološki in podnebni dogodki preoblikovali planet, so preproste morske živali, kot je Cardiodictyon, povzročile nastanek najrazličnejše skupine organizmov na svetu – evartropodov –, ki so se sčasoma razširili v vse nove habitate na Zemlji, zdaj pa jih ogrožajo naše lastne efemerne vrste.«

VIRScienceDaily
Prejšnji članekWednesday je Netflixov (precej) izboljšan Riverdale
Naslednji članekLaboratorijsko pridelano meso je le še vprašanje časa

Uporabljamo Akismet za manjšanje neželenih oglasnih komentarjev (spam). Politika zasebnosti.