Открытие ископаемых проливает свет на раннюю эволюцию нервной системы животных

Международная группа ученых раскрыла интереснейшую часть эволюционной головоломки: как брюшная нервная цепочка, ключевой компонент центральной нервной системы, эволюционировала у экдизозойных животных — группы, в которую входят насекомые, нематоды и приапулиды.

Их выводы, опубликованные в журнале Science Advances, дают ценную информацию о происхождении этих структур в базальном кембрийском периоде.

Исследовательская группа, в которую вошли Дэн Ванг (Северо-Западный университет), Жан Ванье (Лионский университет), Чема Мартин-Дюран (Лондонский университет королевы Марии) и Мария Эрранс (Университет короля Хуана Карлоса), проанализировала исключительно хорошо сохранившиеся окаменелости из ключевых кембрийских отложений. Эти окаменелости включают представителей рано эволюционировавших Scalidophora, подгруппы Ecdysozoa, предлагая редкий взгляд на архитектуру нервной системы древних животных.

Ecdysozoa включают членистоногих (таких как насекомые и крабы), нематод (круглых червей) и более мелкие группы, такие как киноринхи («грязевые драконы») и приапулиды («пенисные черви»). Их центральная нервная система, которая включает мозг и брюшной нервный тяж, давно интригует ученых, пытающихся понять эволюционные отношения между этими группами.

Например, приапулиды демонстрируют один брюшной нервный ствол, в то время как лорициферы и киноринхи имеют парные нервные стволы, а у киноринхов также развиваются парные ганглии. Была ли у предковых экдизозоев одинарная или парная брюшная нервная ствол?

Более того, хотя лорициферы и киноринхи имеют схожую с членистоногими конструкцию нервной системы, они филогенетически далеки. Являются ли эти сходства результатом конвергентной эволюции или отражают общее эволюционное происхождение?

Скалидофоры, включающие приапулид, лорицифер и киноринхов, впервые появились в раннем кембрии. Они представляют собой важную линию для исследования эволюционной траектории брюшной нервной цепочки у экдизозоев.

Изучая окаменелости из формации Фортуниан Куанчуаньпу (например, Eopriapulites и Eokinorhynchus), биоты Чэнцзян (например, Xiaoheiqingella и Mafangscolex) и Ottoia prolifica Улюань, исследователи выявили удлиненные структуры, проходящие вдоль брюшной стороны этих древних организмов.

«Эти структуры очень похожи на брюшные нервные тяжи, которые можно увидеть у современных приапулид», — пояснили Дэн Ван и Жан Ванье. Их анализ показывает, что эти окаменелости сохраняют отпечатки отдельных брюшных нервных тяжей, проливая свет на вероятное предковое состояние скалидофор.

Филогенетический анализ подтверждает гипотезу о том, что предковым состоянием для скалидофор была одна брюшная нервная цепочка. Более того, эволюционная группировка нематоидов и панартропод (клада, включающая членистоногих, тихоходок и онихофор) предполагает, что их общий предок, вероятно, также имел одну нервную цепочку.

«Это приводит нас к предположению, что общий предок всех экдизозоев обладал одной брюшной нервной цепочкой», — сказал Чема Мартин-Дюран. «Парные нервные цепочки, наблюдаемые у членистоногих, лорицифер и киноринхов, вероятно, развивались независимо, представляя собой производные черты».

Исследование также подчеркивает связь между эволюцией парных брюшных нервных тяжей, ганглиев и сегментацией тела. Лорициферы, киноринхи и панартроподы демонстрируют разную степень сегментации тела, что позволяет предположить, что эти структурные изменения могли эволюционировать одновременно с модификациями нервной системы.

Мария Эрранс отметила: «Появление парных нервных тяжей, вероятно, способствовало лучшей координации движений, особенно у сегментированных животных. Во время перехода от докембрия к кембрию изменения в нервной и мышечной системах, вероятно, были связаны с развитием конечностей, что обеспечивало более сложное передвижение».

Это открытие обогащает наше понимание эволюции экдизозойских организмов и подчеркивает роль ископаемых остатков в решении ключевых вопросов раннего развития животных.

Связывая структуры нервной системы с более широкими эволюционными тенденциями, исследование дает более ясную картину того, как возникли и адаптировались к окружающей среде разнообразные линии экдизозоев.