Ископаемое возрастом 525 млн лет ставит под сомнение учебники по эволюции мозга
Ископаемые останки крошечного морского существа, погибшего более полумиллиарда лет назад, могут заставить переписать научные учебники о том, как эволюционировал мозг.
Исследование, опубликованное в Science под руководством Николаса Страусфельда и Фрэнка Хирта, впервые подробно описывает Cardiodictyon catenulum — червеобразное животное, сохранившееся в породах на юге китайской провинции Юньнань. Существо размером менее 1,5 см, обнаруженное в 1984 году, скрывало важную тайну: прекрасно сохранившуюся нервную систему, включая мозг.
«Насколько нам известно, это самый древний из обнаруженных на сегодняшний день окаменелых мозгов», — заявил Страусфельд.
Cardiodictyon принадлежал к вымершей группе панцирных лобоподий, которые были многочисленны в раннем кембрийском периоде (540–500 млн лет назад). Лобоподии, вероятно, передвигались по морскому дну на мягких коротких ногах. Их ближайшие современные родственники — бархатные черви.
Споры с 1800-х годов
Ископаемые Cardiodictyon показывают сегментированное туловище с повторяющимися нервными структурами (ганглиями). Это резко контрастирует с головой и мозгом, в которых нет никаких признаков сегментации.
«Эта анатомия совершенно неожиданна, потому что головы и мозги современных членистоногих… более ста лет считались сегментированными», — отметил Страусфельд.
По словам авторов, это открытие разрешает давние споры о происхождении и строении головы у членистоногих — самой богатой видами группы животных на планете.
«С 1880-х годов биологи… по сути экстраполировали [сегментацию] на голову. Так в этой области возникло предположение, что голова является передним продолжением сегментированного туловища», — сказал Хирт.
«Но Cardiodictyon показывает, что ранняя голова не была сегментирована, как и её мозг. Это говорит о том, что мозг и нервная система туловища, вероятно, развивались отдельно», — добавил Страусфельд.
Мозг может окаменевать
Cardiodictyon был частью фауны Чэнцзян — знаменитого местонахождения окаменелостей. Мягкие тела лобоподий хорошо сохранились в летописи окаменелостей, но кроме Cardiodictyon ни у кого не изучали голову и мозг, возможно, из-за их малых размеров.
«До недавнего времени общепринятым было мнение, что "мозги не окаменевают"… И второе: это животное настолько мало, что вы даже не рискнёте взглянуть на него в надежде найти мозг», — сказал Хирт.
Однако работы последних 10 лет выявили несколько случаев сохранения мозга у различных ископаемых членистоногих.
Общий генетический план строения мозга
Авторы не только идентифицировали мозг Cardiodictyon, но и сравнили его с мозгами известных ископаемых и современных членистоногих. Они пришли к выводу, что общий план организации мозга сохранялся с кембрия до наших дней.
«Сравнивая известные паттерны экспрессии генов у современных видов, мы определили общую схему строения всех мозгов и то, как они формируются», — пояснил Хирт.
У Cardiodictyon три домена мозга связаны с характерными парами головных придатков и с тремя частями передней пищеварительной системы.
«Мы поняли, что каждый домен мозга и его соответствующие особенности определяются одной и той же комбинацией генов… Это указывает на общий генетический план построения мозга», — добавил Хирт.
Уроки для эволюции мозга позвоночных
Хирт и Страусфельд заявляют, что описанные принципы, вероятно, применимы и к другим существам. Это важно для сравнения нервной системы членистоногих с нервной системой позвоночных, которая демонстрирует схожую архитектуру.
Страусфельд также отметил, что их открытие говорит о преемственности в период резких климатических изменений на планете.
«В то время, когда крупные геологические и климатические события меняли планету, простые морские животные, такие как Cardiodictyon, дали начало самой разнообразной группе организмов в мире — настоящим членистоногим (euarthropods), которые в конечном итоге расселились во всех средах обитания на Земле, но которым теперь угрожает наш собственный недолговечный вид».