Science: окаменелость возрастом 525 миллионов лет опровергает теорию эволюции мозга

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science, окаменелости крошечного морского существа с прекрасно сохранившейся нервной системой разрешают вековой спор о том, как развивался мозг у членистоногих, самой богатой видами группы в животном мире. Сочетая подробные анатомические исследования окаменелой нервной системы с анализом паттернов экспрессии генов у живых потомков, они пришли к выводу, что общий план организации мозга сохранялся с кембрия до наших дней.

Исследование под руководством Николаса Штраусфельда, профессора из Университета Аризоны, и Фрэнка Хирта из Королевского колледжа Лондона, дает первое подробное описание Cardiodictyon catenulum – червеобразного, сохранившегося в скалах в южной китайской провинции Юньнань. Имея длину менее 1,5 сантиметра и первоначально обнаруженная в 1984 году, окаменелость до сих пор скрывала важную тайну: деликатно сохранившуюся нервную систему, включая мозг.

«Насколько нам известно, это самый старый окаменелый мозг, о котором мы знаем», — отметили исследователи.

Cardiodictyon catenulum принадлежал к вымершей группе животных, известных как бронированные лобоподы, которые были многочисленны в начале периода, известного как кембрий, когда практически все основные линии животных появились за очень короткое время между 540 и 500 миллионами лет назад. Лобоподы, вероятно, передвигались по морскому дну, используя несколько пар мягких коротких ног, у которых не было суставов, как у их потомков, эуартроподов — по-гречески «настоящая суставчатая ступня». Ближайшими из ныне живущих родственников лобоподийцев являются бархатные черви, обитающие в основном в Австралии, Новой Зеландии и Южной Америке.

Окаменелости Cardiodictyon показывают животное с сегментированным туловищем, в котором есть повторяющиеся расположения нервных структур, известных как ганглии. Это резко контрастирует с его головой и мозгом, в которых отсутствуют какие-либо признаки сегментации.

«Эта анатомия была совершенно неожиданной, потому что головы и мозги современных членистоногих и некоторых их окаменелых предков на протяжении более ста лет считались сегментированными», — пояснили ученые.

По словам авторов, новое открытие разрешает долгие и горячие споры о происхождении и строении головы у членистоногих, самой богатой видами группы в мире животных. Членистоногие включают насекомых, ракообразных, пауков и других паукообразных, а также некоторые другие родословные, такие как многоножки и многоножки.

«С 1880-х годов биологи отметили четко сегментированный вид туловища, типичный для членистоногих, и в основном экстраполировали это на голову. Вот как ученые пришли к предположению, что голова является передним продолжением сегментированного туловища. Но Cardiodictyon показывает, что ранняя голова не была сегментирована, как и ее мозг, что предполагает, что мозг и нервная система туловища, вероятно, развивались отдельно», — пояснили исследователи.

Cardiodictyon был частью фауны Чэнцзян, известного месторождения окаменелостей в провинции Юньнань, открытого палеонтологом Сянгуан Хоу. Мягкие, нежные тела лобоподов хорошо сохранились в летописи окаменелостей, но ни один из них, кроме Cardiodictyon, не подвергался тщательному изучению их головы и мозга, возможно, потому, что лобоподы обычно маленькие. Наиболее заметными частями Cardiodictyon были треугольные седлообразные структуры, которые определяли каждый сегмент и служили точками крепления для пар ног. Они были обнаружены в еще более древних породах, относящихся к началу кембрия.

Это говорит о том, что бронированные лобоподы могли быть самыми ранними членистоногими, предшествовуя даже трилобитам, культовой и разнообразной группе морских членистоногих, вымерших около 250 миллионов лет назад.

Ученые пояснили, что до недавнего времени считалось, что мозг не окаменевает, поэтому никто даже не ожидает найти окаменелость с сохранившимся мозгом. К тому же эти существа очень маленькие, что еще больше затрудняет поиски. Тем не менее, ученым все же удалось выявить несколько случаев сохранившегося мозга у различных окаменелых членистоногих.

В своем новом исследовании авторы не только идентифицировали мозг Cardiodictyon, но и сравнили его с мозгом известных ископаемых и живых членистоногих, включая пауков и многоножек. Сочетая подробные анатомические исследования окаменелостей лобоподий с анализом паттернов экспрессии генов у их живых потомков, они пришли к выводу, что общий план организации мозга сохранялся с кембрия до наших дней.

«Сравнивая известные паттерны экспрессии генов у живых существ, мы определили общие черты всех видов мозга и то, как они формируются. Мы поняли, что каждый домен мозга и соответствующие ему функции определяются одной и той же комбинацией генов, независимо от вида, который мы изучали. Это предполагает общий генетический план создания мозга», - рассказали авторы исследования.

Они также отметили, что принципы, описанные в их исследовании, вероятно, применимы и к другим существам, помимо членистоногих и их ближайших родственников. По их словам, это имеет важное значение при сравнении нервной системы членистоногих с нервной системой позвоночных, которые демонстрируют аналогичную различную архитектуру, в которой передний и средний мозг генетически и эволюционно отличаются от спинного мозга.

Кроме того, полученные результаты также свидетельствуют о преемственности в то время, когда планета резко меняется под влиянием климатических сдвигов.

«В то время, когда основные геологические и климатические события изменяли планету, простые морские животные, такие как Cardiodictyon, дали начало самой разнообразной в мире группе организмов — эуартроподам, — которые в конечном итоге распространились по всем возникающим местам обитания на Земле, но которые теперь нам угрожают наши собственные эфемерные виды», - подытожили ученые.