Ископаемые проливают свет на раннюю эволюцию нервной системы животных

Международная команда учёных обнаружила важный элемент эволюционной головоломки: как вентральный нервный тяж, ключевой компонент центральной нервной системы, эволюционировал у экдизозойных животных — группы, включающей насекомых, нематод и приапулид.

Их выводы, опубликованные в статье "Preservation and early evolution of scalidophoran ventral nerve cord" в Science Advances, дают ценное представление о происхождении этих структур в базальном кембрийском периоде.

Исследователи, включая докторов Дэн Вана, Жана Ваннье, Чему Мартин-Дюрана и Марию Эрранс, проанализировали исключительно хорошо сохранившиеся окаменелости из ключевых кембрийских отложений. Эти ископаемые включают представителей рано эволюционировавшей Scalidophora, подгруппы Ecdysozoa, что даёт редкую возможность увидеть архитектуру нервной системы древних животных.

Центральная нервная система экдизозоев, включающая мозг и вентральный нервный тяж, давно интересует учёных. Например, у приапулид — одиночный нервный тяж, а у лорицифер и киноринх — парные тяжи, причём у киноринх также есть парные ганглии. Был ли у общего предка экдизозоев одиночный или парный тяж?

Скалидофоры, включающие приапулид, лорицифер и киноринх, впервые появились в раннем кембрии. Они представляют ключевую линию для изучения эволюции вентрального нервного тяжа.

Изучая окаменелости из формаций Kuanchuanpu, Chengjiang и Wuliuan, исследователи идентифицировали удлинённые структуры, идущие вдоль вентральной стороны древних организмов.

"Эти структуры очень похожи на вентральные нервные тяжи современных приапулид", — пояснили доктора Дэн Ван и Жан Ваннье. Анализ показывает, что эти окаменелости сохраняют отпечатки одиночных нервных тяжей, что проливает свет на вероятное исходное состояние для скалидофор.

Филогенетический анализ поддерживает гипотезу, что одиночный нервный тяж был исходным состоянием для скалидофор. Более того, эволюционная группировка нематоид и panarthropod (включающих членистоногих, тихоходок и онихофор) предполагает, что их общий предок, вероятно, также имел одиночный тяж.

"Это приводит нас к выводу, что общий предок всех экдизозоев обладал одиночным вентральным нервным тяжём", — сказал доктор Чема Мартин-Дюран. "Парные нервные тяжи, наблюдаемые у членистоногих, лорицифер и киноринх, вероятно, эволюционировали независимо, представляя собой производные признаки".

Исследование также подчёркивает связь между эволюцией парных нервных тяжей, ганглиев и сегментации тела. Лорициферы, киноринхи и panarthropod демонстрируют разную степень сегментации, что предполагает ко-эволюцию этих структурных изменений с модификациями нервной системы.

"Появление парных нервных тяжей, вероятно, способствовало лучшей координации движений, особенно у сегментированных животных. Во время докембрийско-кембрийского перехода изменения нервной и мышечной систем, вероятно, были связаны с развитием конечностей, позволив более сложную локомоцию", — отметила доктор Мария Эрранс.

Это открытие углубляет понимание эволюции экдизозоев и подчёркивает роль палеонтологической летописи в решении ключевых вопросов о раннем развитии животных.