Ископаемые Leanchoilia раскрывают строение древнего мозга членистоногих
Исключительно хорошо сохранившиеся окаменелости существ, живших более полумиллиарда лет назад, в деталях показывают структуры, которые, как давно предполагали исследователи, должны были входить в состав архетипического мозга, унаследованного всеми членистоногими.
Открытие протоцеребрума
Окаменелости, принадлежащие членистоногому Leanchoilia, подтверждают наличие — предсказанное более ранними исследованиями в генетике и эмбриологии насекомых и пауков — крайней фронтальной области мозга, которая не сегментирована и не видна у современных взрослых членистоногих. Несмотря на это, эта фронтальная область дает начало нескольким ключевым нервным центрам в мозге взрослого членистоногого, включая стволовые клетки, которые в конечном итоге формируют центры, участвующие в принятии решений и памяти.
Эта область была гипотетически выделена из переднего, среднего и заднего мозга современных членистоногих и получила название протоцеребрум (от "proso" — "спереди").
Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, предоставляет первые доказательства существования этого отдельного региона мозга, наследие которого проявляется во время эмбрионального развития современных членистоногих.
"Две нервные системы, уже уникальные тем, что сохранились идентично, показывают, что полмиллиарда лет назад эта самая передняя область мозга присутствовала и была структурно обособлена до эволюционного появления трех сегментарных ганглиев, обозначающих передний, средний и задний мозг", — Николас Страусфельд, ведущий автор статьи.
Редкая сохранность и возраст
Окаменелости были обнаружены в отложениях формации Кайли в провинции Гуйчжоу на юго-западе Китая. Их возраст датируется кембрийским периодом, около 508 миллионов лет назад. Высокая концентрация железа в осадочной породе, вероятно, способствовала сохранению мягких тканей, которые позже были замещены углеродными отложениями.
"Окаменелости Кайли открывают нам окно, чтобы взглянуть на эволюцию плана строения животных, живших более полумиллиарда лет назад. Теперь мы впервые знаем, что окаменелости членистоногих формации Кайли могут сохранять нервную ткань, показывающую нам примитивный мозг ранних стволовых членистоногих", — Тянь Лань, первый автор статьи.
Эволюция зрительных систем
Окаменелости также проливают новый свет на эволюционное происхождение двух отдельных зрительных систем у членистоногих:
- Простые передние глаза Leanchoilia соответствуют протоцеребруму и структурно схожи с науплиальными глазами (оцеллиями) современных членистоногих и главными глазами пауков.
- Боковые глаза Leanchoilia связаны с протоцеребрумом — сегментарным ганглием, определяющим передний мозг членистоногих. У современных членистоногих протоцеребрум обеспечивает фасеточные глаза насекомых и ракообразных или боковые простые глаза хелицеровых и многоножек.
Ископаемые также демонстрируют, что протоцеребрум дал начало ганглиям, связанным с лабрумом ("верхней губой") современных членистоногих, и подтверждают гипотезу о том, что лабрум эволюционировал из хватательных конечностей Radiodonta — группы хищных стволовых членистоногих кембрия.
Значение для эволюции мозга позвоночных
Открытие имеет важные последствия для понимания ранней эволюции мозга позвоночных. Хотя простые рыбообразные животные существовали одновременно с этими членистоногими, убедительных окаменелостей их мозга нет.
Современные исследования показывают, что гены, определяющие передний, средний и задний мозг у позвоночных (например, мышей), соответствуют генам, определяющим три ганглионарных отдела мозга членистоногих. Некоторые ключевые центры мозга позвоночных, участвующие в принятии решений, обучении и памяти, имеют генетическое соответствие с высшими центрами мозга членистоногих, которые произошли от древнего протоцеребрума.
Таким образом, вероятно, что еще до кембрийского периода общий предок позвоночных и беспозвоночных обладал базовыми нейронными контурами для простого познания и принятия решений.
"Можно разумно предположить, что у позвоночных в их "современном" мозге встроены части древнего, несегментированного мозга, который до сих пор был продемонстрирован только у раннего членистоногого, такого как Leanchoilia", — заключает Николас Страусфельд.