5.25亿岁的化石解决争论大脑进化

化石的一个微小的海洋生物死亡超过十亿年前可能迫使科学教科书重写的大脑是如何进化的。

一个研究发表在《科学——为首尼古拉斯某部在亚利桑那大学杰出教授神经科学部门,弗兰克Hirth读者的进化神经科学伦敦大学国王学院——提供了第一手的详细描述Cardiodictyon catenulum,像虫的动物保存在岩石在中国南部的云南省。测量几乎半英寸(小于1.5厘米)长,最初发现于1984年的化石有隐藏的一个至关重要的秘密直到现在:小心翼翼地保护神经系统,包括大脑。

“据我们所知,这是我们所知道的最古老化石的大脑,到目前为止,“某部说。

Cardiodictyon属于一种已经灭绝的动物群体被称为装甲lobopodians丰富的在一段称为寒武纪早期,当几乎所有主要动物血统出现在极短的时间内从5.4亿年到5亿年前。Lobopodians可能搬到海底使用多个双软,粗短的腿,缺少他们的后代的关节,euarthropods——希腊为“真正的贴合脚。”Today's closest living relatives of lobopodians are velvet worms that live mainly in Australia, New Zealand and South America.

回到1800年代的辩论

的化石Cardiodictyon揭示动物与分段树干有重复安排被称为神经节的神经结构。这头和大脑形成鲜明对比,这两个没有任何分割的证据。

“这解剖学完全出乎意料,因为现代节肢动物的头部和大脑,和他们的一些祖先化石,一百多年来被视为分割,“某部说。

研究者称,该发现解决一个漫长而激烈的争论的起源和成分在节肢动物,世界上最丰富的动物王国。节肢动物包括昆虫、甲壳类动物、蜘蛛和其他蛛形纲动物,加上一些其他血统千足虫、蜈蚣等。

“自1880年代以来,生物学家指出,明显分段的主干典型的节肢动物,基本上头部的外推,“Hirth说。”这就是现场到达假设分段树干的头是一个前扩展。”

“但Cardiodictyon表明,早期的头不分段,也不是它的大脑,这表明大脑和主干神经系统可能分别进化,”某部说。

大脑做变成化石

Cardiodictyon澄江动物群的组成部分,是一个著名的化石沉积在云南发现的古生物学家Xianguang侯。柔软的、精致的尸体lobopodians在化石记录中保存得很好,但其他比Cardiodictyon,没有一直在关注他们的头部和大脑,可能是因为lobopodians通常很小。最突出的部分Cardiodictyon是一系列的三角形、鞍结构定义的每一部分和作为附件分条腿。那些被发现在更古老的岩石可以追溯到寒武纪的开始。

“这告诉我们,装甲lobopodians可能是最早的节肢动物,”某部说,甚至比三叶虫,一个标志性和形形色色的海洋节肢动物在2.5亿年前灭绝了。”

“直到最近,共识是大脑不变成化石,”Hirth说。“所以你不会期望找到化石保存大脑放在第一位。其次,这种动物太小你甚至不会敢看,希望找到一个大脑”。

然而,工作在过去的10年中,大部分由某部,已经确定了几个保存大脑的情况下在各种节肢动物化石。

一个共同的基因制造大脑的平面图

在新的研究中,作者不仅确定了大脑Cardiodictyon也比较它与已知的化石和节肢动物的生活,包括蜘蛛和蜈蚣。结合lobopodian化石的详细解剖研究和分析了他们的后代的基因表达模式,研究人员得出结论,一个共享的蓝图的大脑组织一直保持着从寒武纪到今天。

“通过比较已知物种的基因表达模式,“Hirth说,“我们发现了一个共同签名的大脑和他们是如何形成的。”

在Cardiodictyon,三个脑域与一双特点头附件和一个前三个部分的消化系统。

“我们意识到,每个脑域及其相应的功能是指定的相同基因的组合,无论我们看着的物种,”Hirth说。“这暗示一个常见基因平面图大脑。”

脊椎动物的大脑进化的教训

Hirth某部说他们的研究可能描述的原则适用于节肢动物和他们的直系亲属以外的其他生物。这有重要意义比较节肢动物与脊椎动物的神经系统,显示出相似的结构,在这种结构中,前脑、中脑的基因不同于脊髓,他们说。

某部说,他们的发现还提供信息的连续性在地球变化显著的影响下的气候变化。

“时主要的地质和气候事件改造地球,简单的海洋动物,如Cardiodictyon催生了世界上最多样化的生物——euarthropods最终传播到地球上每一个紧急的栖息地,但正在威胁我们自己的短暂的物种。”

参考:塞尔某部新泽西,侯X,我,Hirth f .下寒武纪lobopodian Cardiodictyon解决euarthropod大脑的起源。科学。2022,378 (6622):905 - 909。doi:10.1126 / science.abn6264

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