فسیل یک موجود دریایی کوچک بحث قرن گذشته را در مورد تکامل مغز در بندپایان حل می کند

فسیل یک موجود دریایی کوچک که بیش از نیم میلیارد سال پیش مرده است، ممکن است کتاب درسی علوم را وادار کند تا چگونگی تکامل مغز را بازنویسی کند.

یک مطالعه منتشر شده در Science – به رهبری نیکلاس استراوسفلد، پروفسور Regents در گروه علوم اعصاب دانشگاه آریزونا، و فرانک هیرث، خواننده علوم اعصاب تکاملی در کینگز کالج لندن – اولین توصیف دقیق را ارائه می دهد. Cardiodictyon catenulumحیوانی کرم مانند که در صخره های استان یوننان جنوبی چین حفظ شده است. این فسیل که به سختی نیم اینچ (کمتر از 1.5 سانتی‌متر) طول دارد و در ابتدا در سال 1984 کشف شد، راز مهمی را تا به حال پنهان کرده بود: یک سیستم عصبی با ظرافت حفظ شده، از جمله مغز.

تا جایی که می دانیم، این قدیمی ترین مغز فسیل شده ای است که تاکنون از آن می شناسیم.”

نیکلاس استراوسفلد، استاد Regents، گروه علوم اعصاب دانشگاه آریزونا

قلب و عروق متعلق به گروهی از حیوانات منقرض شده به نام لوبوپودی های زره ​​پوش بود که در اوایل دوره ای به نام کامبرین فراوان بودند، زمانی که تقریباً تمام دودمان اصلی حیوانات در مدت زمان بسیار کوتاهی بین 540 میلیون تا 500 میلیون سال پیش ظاهر شدند. Lobopodian ها احتمالاً در کف دریا با استفاده از چندین جفت پاهای نرم و کلفت که فاقد مفاصل فرزندانشان هستند، در کف دریا حرکت می کردند. نزدیک ترین خویشاوندان زنده امروزی لوبوپودیان ها کرم های مخملی هستند که عمدتاً در استرالیا، نیوزلند و آمریکای جنوبی زندگی می کنند.

بحثی که به دهه 1800 برمی گردد

فسیل های قلب و عروق حیوانی را با تنه‌ای تقسیم‌بندی شده نشان می‌دهد که در آن آرایش‌های مکرر ساختارهای عصبی به نام گانگلیون وجود دارد. این به شدت با سر و مغز آن در تضاد است، که هر دو هیچ مدرکی دال بر تقسیم بندی ندارند.

استراوسفلد می گوید: «این آناتومی کاملاً غیرمنتظره بود، زیرا سر و مغز بندپایان مدرن و برخی از اجداد فسیل شده آنها برای بیش از صد سال به عنوان قطعه قطعه در نظر گرفته می شد.

به گفته نویسندگان، این یافته یک بحث طولانی و داغ در مورد منشاء و ترکیب سر در بندپایان، غنی ترین گروه از گونه های جهان در قلمرو حیوانات را حل می کند. بندپایان شامل حشرات، سخت پوستان، عنکبوت ها و دیگر عنکبوت ها، به علاوه برخی دودمان های دیگر مانند هزارپا و صدپا هستند.

هیرت گفت: «از دهه 1880، زیست‌شناسان به ظاهر بخش‌بندی شده تنه معمولی برای بندپایان اشاره کردند و اساساً آن را به سر تعمیم دادند. به این ترتیب میدان به این نتیجه رسید که سر، امتداد قدامی یک تنه قطعه‌بندی شده است.»

“ولی قلب و عروق استراسفلد می‌گوید: «نشان می‌دهد که سر اولیه قطعه‌بندی نشده بود، و همچنین مغز آن قطعه‌بندی نشده بود، که نشان می‌دهد مغز و سیستم عصبی تنه احتمالاً به طور جداگانه تکامل یافته‌اند».

مغزها فسیل می شوند

قلب و عروق بخشی از جانوران چنگ‌جیانگ، ذخیره‌ای معروف از فسیل‌ها در استان یوننان بود که توسط دیرینه‌شناس Xianguang Hou کشف شد. بدن نرم و ظریف لوبوپودی ها به خوبی در فسیل ها حفظ شده است، اما غیر از قلب و عروق هیچ کدام برای سر و مغزشان مورد بررسی قرار نگرفته اند، احتمالاً به این دلیل که لوبوپودی ها عموماً کوچک هستند. برجسته ترین قسمت های قلب و عروق مجموعه‌ای از سازه‌های مثلثی و زینی شکل بودند که هر بخش را تعریف می‌کردند و به عنوان نقاط اتصال برای جفت پاها عمل می‌کردند. آن‌ها در صخره‌های قدیمی‌تری پیدا شده‌اند که قدمت آن به ظهور کامبرین بازمی‌گردد.

استراسفلد گفت: «این به ما می‌گوید که لوبوپودی‌های زره‌دار ممکن است اولین بندپایان بوده باشند.

هیرت گفت: “تا همین اواخر، درک رایج این بود که “مغزها فسیل نمی شوند.” “بنابراین شما در وهله اول انتظار ندارید فسیلی با مغز حفظ شده پیدا کنید. و دوم اینکه این حیوان آنقدر کوچک است که حتی جرات نخواهید داشت به امید یافتن مغزی به آن نگاه کنید.”

با این حال، کار در 10 سال گذشته، که بیشتر آن توسط استراوسفلد انجام شده است، چندین مورد از مغزهای حفظ شده را در انواع بندپایان فسیل شده شناسایی کرده است.

یک طرح زمینه ژنتیکی مشترک برای ساختن مغز

در مطالعه جدید خود، نویسندگان نه تنها مغز را شناسایی کردند قلب و عروق بلکه آن را با فسیل های شناخته شده و بندپایان زنده از جمله عنکبوت ها و صدپاها مقایسه کرد. با ترکیب مطالعات تشریحی دقیق فسیل‌های لوبوپودی با تجزیه و تحلیل الگوهای بیان ژن در فرزندان زنده آنها، آنها به این نتیجه رسیدند که یک نقشه مشترک از سازماندهی مغز از کامبرین تا به امروز حفظ شده است.

هیرت گفت: “با مقایسه الگوهای بیان ژن شناخته شده در گونه های زنده، ما یک امضای مشترک از همه مغزها و نحوه تشکیل آنها را شناسایی کردیم.”

که در قلب و عروقسه حوزه مغزی هر کدام با یک جفت مشخصه زائده سر و با یکی از سه قسمت دستگاه گوارش قدامی مرتبط هستند.

هیرت افزود: «ما متوجه شدیم که هر حوزه مغز و ویژگی‌های مربوط به آن توسط ژن‌های ترکیبی یکسانی مشخص می‌شوند، صرف نظر از گونه‌هایی که به آنها نگاه می‌کنیم. این یک طرح زمینه ژنتیکی مشترک برای ساختن مغز را پیشنهاد کرد.

درس هایی برای تکامل مغز مهره داران

هیرت و استراوسفلد می گویند اصولی که در مطالعه آنها توضیح داده شد احتمالاً در مورد سایر موجودات خارج از بندپایان و خویشاوندان نزدیک آنها نیز صدق می کند. آنها می گویند که این امر هنگام مقایسه سیستم عصبی بندپایان با مهره داران، که ساختار متمایز مشابهی را نشان می دهد که در آن مغز جلویی و مغز میانی از نظر ژنتیکی و تکاملی از نخاع متمایز است، پیامدهای مهمی دارد.

استراسفلد گفت که یافته‌های آن‌ها همچنین پیامی از تداوم را در زمانی ارائه می‌دهد که سیاره به‌طور چشمگیری تحت تأثیر تغییرات اقلیمی در حال تغییر است.

«در زمانی که رویدادهای مهم زمین‌شناسی و اقلیمی در حال تغییر شکل سیاره بودند، حیوانات ساده دریایی مانند قلب و عروق باعث پیدایش متنوع‌ترین گروه از موجودات جهان – اردوپودها – شد که در نهایت به هر زیستگاه نوظهور روی زمین گسترش یافتند، اما اکنون توسط گونه‌های زودگذر خودمان در معرض تهدید قرار گرفته‌اند.

مقاله “لوبوپودی کامبرین پایین قلب و عروق منشأ مغزهای اورتروپود را حل می کند» توسط Xianguang Hou در آزمایشگاه کلیدی یوننان برای دیرینه شناسی در دانشگاه یوننان در کونمینگ، چین و مارسل سایره، که در دانشگاه لوند در لوند، سوئد، و در دپارتمان بیولوژیک قرار ملاقات دارد، نوشته شده است. علوم در دانشگاه Macquarie در سیدنی.

بودجه این کار توسط بنیاد ملی علوم، صندوق ریجنتز دانشگاه آریزونا و شورای تحقیقات بیوتکنولوژی و علوم زیستی بریتانیا تامین شده است.