¿Los libros de texto de ciencias son incorrectos? Un fósil de 525 millones de años desafía la explicación común de la evolución del cerebro

Impresión artística de un catenulo Cardiodictyon de 525 millones de años de antigüedad en el lecho marino costero poco profundo, que emerge de un diminuto refugio de estromatolitos construido por bacterias fotosintéticas. Crédito: Nicholas Strosfeld/Universidad de Arizona

Los fósiles de una diminuta criatura marina con un sistema nervioso finamente conservado resuelven un debate centenario sobre cómo evolucionó el cerebro en los artrópodos, el grupo más rico en especies del reino animal, según un nuevo estudio.

Los fósiles de una pequeña criatura marina que murió hace más de quinientos millones de años podrían obligar a la ciencia de los libros de texto a reescribir cómo evolucionó el cerebro.

Un nuevo estudio proporciona la primera descripción detallada Catnulum de cardiodicción, un animal parecido a un gusano conservado en rocas en la provincia de Yunnan, en el sur de China. Con apenas media pulgada (menos de 1,5 centímetros) de largo y descubierto originalmente en 1984, el fósil había ocultado hasta ahora un importante secreto: un sistema nervioso finamente conservado, incluido el cerebro. Publicado en una revista Ciencias El 24 de noviembre, el estudio fue dirigido por Nicholas Strausfeld, Profesor Regents de Neurociencia en la Universidad de Arizona, y Frank Hirt, Lector de Neurociencia Evolutiva en el King’s College de Londres.

«Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora», dijo Strausfeld.

Dictado del corazón pertenecía a un grupo extinto de animales conocidos como lobopodos acorazados que eran abundantes durante el período temprano conocido como el Cámbrico, cuando casi todos los principales linajes de animales aparecieron en un período de tiempo extremadamente corto, hace entre 540 y 500 millones de años. Los lobopodianos probablemente se movieron a lo largo del lecho marino utilizando varios pares de patas blandas y duras que carecían de las articulaciones de sus descendientes, los eurotots, que en griego significa «pata articulada verdadera». Los parientes vivos más cercanos de los lobopodos actuales son los gusanos de terciopelo, que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.

El fósil Cardiodictyon catenulum fue descubierto en 1984 en un conjunto diverso de criaturas extintas conocidas como la fauna de Chengjiang en Yunnan, China. En esta foto, la cabeza del animal está a la derecha. Crédito: Nicholas Strosfeld/Universidad de Arizona

Un debate que se remonta a 1800

fósiles de Dictado del corazón revela un animal con un tronco segmentado que contiene arreglos repetitivos de estructuras nerviosas conocidas como ganglios. Esto está en marcado contraste con su cabeza y cerebro, los cuales carecen de evidencia de segmentación.

«Esta anatomía fue completamente inesperada porque se pensó que las cabezas y los cerebros de los artrópodos modernos y algunos de sus ancestros fosilizados estaban segmentados durante más de cien años», dijo Strosfeld.

Según los autores, el hallazgo resuelve un largo y acalorado debate sobre el origen y la composición de la cabeza de los artrópodos, el grupo más rico en especies del mundo animal. Los artrópodos incluyen insectos, crustáceos, arañas y otros arácnidos, así como algunos otros filos como milpiés y ciempiés.

«Desde la década de 1880, los biólogos han notado la apariencia claramente segmentada del tronco característico de los artrópodos y lo han extrapolado en gran medida a la cabeza», dijo Hurt. «Así es como el campo llegó a creer que la cabeza es una extensión anterior del tronco segmentado».

«Pero Dictado del corazón muestra que la cabeza primitiva no estaba segmentada, ni tampoco su cerebro, lo que sugiere que el cerebro y el sistema nervioso central probablemente evolucionaron por separado”, dice Strausfeld.

Cabeza fosilizada de Cardiodictyon catenulum (el frente está a la derecha). Depósitos de color magenta marcan estructuras cerebrales osificadas. Crédito: Nicholas Strausfeld

Los cerebros se congelan

Dictado del corazón era parte de Chenjiang Fauna, un famoso depósito de fósiles en la provincia de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xiangguang Hou. Los cuerpos suaves y delicados de los lobopodios están bien conservados en el registro fósil, pero aparte Dictado del corazón ninguno ha sido estudiado en detalle por sus cabezas y cerebros, probablemente porque los lobopods son generalmente pequeños. las partes más populares de Dictado del corazón eran estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y servían como puntos de unión para un par de piernas. Se encuentran en rocas aún más antiguas que datan del Cámbrico.

«Esto nos dice que los lobopodos acorazados pueden haber sido los primeros artrópodos», dijo Strosfeld, anterior incluso a los trilobites, un grupo icónico y diverso de artrópodos marinos que se extinguieron hace unos 250 millones de años.

«Hasta hace poco, el entendimiento común era que ‘los cerebros no se congelan'», dijo Hurt. “Entonces, en primer lugar, no esperaría encontrar un fósil con un cerebro preservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera te atreverías a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro”.

Sin embargo, el trabajo de los últimos 10 años, en gran parte realizado por Strosfeld, ha revelado varios casos de cerebros conservados en varios artrópodos fósiles.

Un plan genético general para la creación del cerebro.

En su nuevo estudio, los autores no solo identificaron el cerebro del cerebro Dictado del corazón pero también lo comparó con artrópodos fósiles y vivos conocidos, incluidas arañas y ciempiés. Al combinar estudios anatómicos detallados de fósiles de lobopodos con el análisis de los patrones de expresión génica de sus descendientes vivos, concluyen que ha persistido un patrón común para la organización del cerebro desde el Cámbrico hasta el día de hoy.

«Al comparar patrones conocidos de expresión génica entre especies vivas», dijo Hurt, «descubrimos una firma común de todos los cerebros y cómo se forman».

En Dictado del corazónTres dominios del cerebro, cada uno asociado con un par característico de apéndices de la cabeza y una de las tres partes anteriores del sistema digestivo.

«Descubrimos que cada dominio del cerebro y sus características correspondientes estaban definidos por la misma combinación de genes, independientemente de la especie que estudiáramos», agregó Hurt. «Esto sugirió un modelo genético común para la creación del cerebro».

Lecciones para la evolución del cerebro de los vertebrados

Hurt y Strausfeld dicen que los principios descritos en su estudio probablemente se apliquen a otras criaturas más allá de los artrópodos y sus parientes inmediatos. Esto tiene implicaciones importantes cuando se compara el sistema nervioso de los artrópodos con el de los vertebrados, que muestran una arquitectura distinta similar en la que el prosencéfalo y el mesencéfalo son genética y evolutivamente distintos de la médula espinal.

Strausfeld dijo que sus hallazgos también brindan un mensaje de continuidad en un momento en que el planeta está cambiando drásticamente bajo la influencia de los cambios climáticos.

«En un momento en que los principales eventos geológicos y climáticos estaban remodelando el planeta, simples animales marinos como Dictado del corazón dio origen al grupo de organismos más diverso del mundo, los Eurototes, que finalmente se extendieron a todos los hábitats emergentes de la Tierra, pero que ahora están amenazados por nuestras propias especies efímeras».

Referencia. «Lobopodio Cámbrico Inferior Dictado del corazón Resolviendo el origen del cerebro de los euartrópodos» de Nicholas J. Strausfeld, Xiangguang Hou, Marcel E. Por Sayre y Frank Hirt 24 de noviembre de 2022 Ciencias.
DOI: 10.1126/ciencia.abn6264

El artículo fue coautor de Xiangguan Hou en el Laboratorio Clave de Paleontología de Yunnan en la Universidad de Yunnan en Kunming, China, y Marcel Sayre, quien tiene cargos en la Universidad de Lund en Suecia y el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Macquarie. Sídney.

La financiación para este trabajo fue proporcionada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Fondo Regents de la Universidad de Arizona y el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias de la Vida del Reino Unido.