A impressão de um artista de uma linhagem de cardedição de 525 milhões de anos no fundo do mar costeiro raso, emergindo de um pequeno abrigo de estromatólito construído por bactérias fotossintéticas. Crédito: Nicholas Straussfeld/Universidade do Arizona

Fósseis de uma pequena criatura marinha com um sistema nervoso delicadamente preservado resolvem um debate de um século sobre como o cérebro evoluiu em artrópodes, o grupo mais rico em espécies do reino animal, de acordo com um novo estudo.

Fósseis de uma pequena criatura marinha que morreu há mais de meio bilhão de anos podem levar a uma reescrita do livro de ciências sobre como o cérebro evoluiu.

Um novo estudo fornece a primeira descrição detalhada de catênulo do coraçãoUm animal semelhante a um verme preservado em rochas na província de Yunnan, no sul da China. Medindo meia polegada (menos de 1,5 cm) de comprimento e inicialmente descoberto em 1984, o fóssil ainda esconde um segredo crucial: um sistema nervoso delicadamente preservado, incluindo o cérebro. Publicado na revista ciências Em 24 de novembro, a pesquisa foi liderada por Nicholas Strausfeld, professor regente do Departamento de Neurociência da Universidade do Arizona, e Frank Hirth, leitor de neurociência evolucionária do King’s College London.

“Até onde sabemos, este é o cérebro fossilizado mais antigo que conhecemos até agora”, disse Straussfeld.

o coração Pertence a um grupo extinto de animais conhecido como lobotomia, que foi abundante no início de um período conhecido como Cambriano, quando quase todas as principais linhagens de animais apareceram durante um período muito curto de tempo entre 540 milhões e 500 milhões de anos atrás. Os lobopodianos provavelmente se moveram no fundo do mar usando vários pares de pernas macias e atarracadas que não possuem as articulações de seus descendentes, euartrópodes – uma palavra grega para “verdadeiro pé articulado”. Os parentes vivos mais próximos da lobotomia são os vermes de veludo que vivem principalmente na Austrália, Nova Zelândia e América do Sul.

A série Cardiodictyon fossilizada foi descoberta em 1984 entre uma variedade de criaturas extintas conhecidas como fauna Chengjian em Yunnan, China. Nesta foto, a cabeça do animal está à direita. Crédito: Nicholas Straussfeld/Universidade do Arizona

Um debate que remonta ao século XIX

fósseis o coração Revela um animal com tronco segmentado no qual ocorrem frequentes arranjos de estruturas nervosas conhecidas como gânglios. Isso contrasta fortemente com sua cabeça e cérebro, ambos sem nenhuma evidência de segmentação.

“Essa anatomia foi completamente inesperada porque as cabeças e cérebros dos artrópodes modernos, e alguns de seus ancestrais fossilizados, por mais de cem anos foram considerados fragmentários”, disse Strausfeld.

Segundo os autores, essa descoberta resolve um longo e acalorado debate sobre a origem e a formação do cefalotórax nos artrópodes, o grupo mundial mais rico em espécies do reino animal. Artrópodes incluem insetos, crustáceos, aranhas e outras aranhas, bem como algumas outras linhagens, como milípedes e centopéias.

“Desde a década de 1880, os biólogos notaram a aparência distintamente segmentada do tronco típico dos artrópodes, extrapolando isso principalmente para a cabeça”, disse Heath. “Foi assim que o campo chegou à suposição de que a cabeça é uma extensão anterior de um torso segmentado.”

“Mas o coração Isso mostra que a cabeça inicial não era segmentada, nem o cérebro, o que indica que o cérebro e o sistema nervoso do tronco provavelmente se desenvolveram separadamente”, disse Strausfeld.

Cabeça fóssil da série Cardiodictyon (frente à direita). Depósitos roxos indicam estruturas cerebrais fossilizadas. Crédito: Nicholas Straussfeld

Cérebros não ossificam

o coração Fazia parte da Fauna de Zhengjiang, um famoso depósito fóssil na província de Yunnan descoberto pelo paleontólogo Xianguang Hu. Os corpos macios e delicados da lobotomia foram bem preservados no registro fóssil, mas fora isso o coração Nenhum foi examinado quanto à cabeça e ao cérebro, talvez porque os lóbulos sejam geralmente pequenos. Peças de destaque o coração Eles eram uma série de estruturas triangulares em forma de sela que definiam cada segmento e agiam como pontos de fixação para pares de pernas. Esses são encontrados em rochas mais antigas que datam do advento do período Cambriano.

“Isso nos diz que os lobopodes blindados eram provavelmente os artrópodes mais antigos”, disse Strausfeld, anteriores até mesmo aos trilobitas, um grupo icônico e diverso de artrópodes marinhos que foi extinto há cerca de 250 milhões de anos.

“Até muito recentemente, o entendimento comum era que os cérebros não fossilizam”, disse Heath. “Então você não esperaria encontrar um fóssil com um cérebro preservado em primeiro lugar. E em segundo lugar, este animal é tão pequeno que você nem ousaria olhar para ele na esperança de encontrar um cérebro.”

No entanto, o trabalho ao longo dos últimos 10 anos, muitos dos quais Strausfeld fez, identificou numerosos casos de cérebros preservados em uma variedade de artrópodes fossilizados.

Planta genética comum para fazer um cérebro

Em seu novo estudo, os autores não só identificaram um cérebro o coração Mas também o comparamos com fósseis conhecidos e artrópodes vivos, incluindo aranhas e centopéias. Combinando estudos anatômicos detalhados dos lobopodes fósseis com análises de padrões de expressão gênica em seus descendentes vivos, eles concluíram que um modelo comum para a organização do cérebro foi preservado desde o período Cambriano até hoje.

“Ao comparar padrões de expressão gênica conhecidos em espécies vivas, identificamos uma assinatura comum para todos os cérebros e como eles são formados”, disse Heath.

dentro o coraçãoTrês domínios cerebrais estão associados a um par distinto de apêndices cefálicos e a um dos três segmentos do trato digestivo anterior.

Heath acrescentou: “Percebemos que todas as áreas do cérebro e suas características correspondentes são determinadas pela mesma combinação de genes, independentemente de quais espécies examinamos”. “Isso sugeriu um plano genético comum para fazer um cérebro”.

Lições para o desenvolvimento do cérebro dos vertebrados

Hirth e Straussfeld dizem que os princípios descritos em seu estudo podem se aplicar a outros organismos além dos artrópodes e seus parentes imediatos. Isso tem implicações importantes, disseram eles, ao comparar o sistema nervoso dos artrópodes com o dos vertebrados, que mostram uma arquitetura igualmente distinta na qual o prosencéfalo e o mesencéfalo são geneticamente e em desenvolvimento diferentes da medula espinhal.

Suas descobertas também fornecem uma mensagem de comunicação em um momento em que o planeta está mudando dramaticamente sob a influência das mudanças climáticas, disse Strausfeld.

“Numa época em que grandes eventos geológicos e climáticos remodelavam o planeta, simples animais marinhos como… o coração Deu origem ao grupo de organismos mais diversificado do mundo – os euartrópodes – que eventualmente se espalharam por todos os habitats nascentes da Terra, mas agora estão ameaçados por espécies efêmeras. “

Referência: “Cambriano Inferior Lobopodiano o coração Decide a origem dos cérebros ortrópodes ”Por Nicholas J. Straussfeld, Xiangwang Hu, Marcel E. Sayre e Frank Hirth, 24 de novembro de 2022, disponível aqui. ciências.
DOI: 10.1126/science.abn6264

O artigo foi co-escrito por Xianguang Hou no Yunnan Key Laboratory of Paleontology na Yunnan University em Kunming, China, e Marcel Sayer, que tem compromissos na Lund University em Lund, Suécia, e no Departamento de Ciências Biológicas da Macquarie University em Sidney.

Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation, pelo University of Arizona Regents Fund e pelo UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council.