在一塊5.25億年前的節肢動物化石中發現了最古老的大腦樣本

知新了了 發佈 2022-11-28T19:33:18.861906+00:00

在一塊5.25億年前的節肢動物化石中新發現的大腦,似乎是迄今為止發現的最古老的大腦,它可能解決了關於這些無脊椎動物的大腦最初是如何進化的持續爭論。上圖:「鏈狀心網蟲(Cardiodictyon catenulum)」的化石。

在一塊5.25億年前的節肢動物化石中新發現的大腦,似乎是迄今為止發現的最古老的大腦,它可能解決了關於這些無脊椎動物的大腦最初是如何進化的持續爭論。

上圖:「鏈狀心網蟲(Cardiodictyon catenulum)」的化石。

在一個被稱為「鏈狀心網蟲(Cardiodictyon catenulum)」的小型甲殼葉足類動物身上,科學家驚訝的發現,它的大腦竟然保存了下來,而且它是由三個與神經系統截然不同的組件組成的。

這很重要,因為它表明大腦是獨立於頭部和神經系統進化而來的。

此前人們認為,這些生物的大腦被分裂成重複的神經結構片段,稱為神經節,就像樹幹中的神經系統一樣。

亞利桑那大學的神經科學家尼古拉斯·施特勞斯菲爾德(Nicholas Strausfeld)說:「這種解剖結構完全出乎意料,因為現代節肢動物的頭部和大腦,以及它們的一些祖先化石,在一百多年來一直被認為是分段的。」

這塊化石於20世紀80年代末在中國南部的雲南省被發現。這種蠕蟲狀的鏈狀心網蟲原本會用多對柔軟而粗短的腿在海底四處爬行。

由於這塊化石只有1.5厘米(0.6英寸)大,研究小組無法用X光對其進行檢查。相反,他們使用了一種名為彩色過濾的方法,在這種方法中,一系列高解析度的數位化圖像被用來過濾不同波長的光,並繪製內部結構圖。

然後,將發現的頭部和大腦形態與其他化石,即今天的節肢動物及其基因表達模式進行比較。這些對比表明,同樣的大腦組織藍圖已經持續了5億年。

「我們已經確定了所有大腦的共同特徵以及它們是如何形成的,」英國倫敦國王學院的進化神經學家弗蘭克·赫斯(Frank Hirth)說。「我們意識到,無論我們研究的物種是什麼,每個腦區及其相應的特徵,都是由相同的基因組合指定的。這就確定了製造大腦的共同基因基礎計劃。

上圖:「鏈狀心網蟲(Cardiodictyon catenulum)」的頭部化石。

節肢動物是動物界中物種最豐富的門,其中包括昆蟲、甲殼綱、蜘蛛、千足動物和蜈蚣。在葉足類動物之後出現了真節肢動物 —— 真節肢動物在希臘語中是「真正的關節足」的意思,這是進化過程中的關鍵區別。

如今,這些生物的後代生活在澳大利亞、紐西蘭和南美洲發現的天鵝絨蟲中,但研究人員認為,他們的方法可以應用於節肢動物以外的各種其他物種。

上圖:「鏈狀心網蟲(Cardiodictyon catenulum)」的復原圖。

將這些新發現與我們對脊椎動物大腦和脊髓發育的了解進行比較也會很有趣。最後,研究人員說,他們的研究強調了大自然如何在大規模變化中生存下來,以及如果我們不能控制氣候危機,我們將失去什麼。

神經科學家尼古拉斯·施特勞斯菲爾德說:「在重大地質和氣候事件重塑地球的時候,像鏈狀心網蟲這樣的簡單海洋動物,產生了世界上最多樣化的生物群 —— 真節肢動物,它們最終擴散到地球上的每一個新興棲息地,但現在它們正受到我們自己短暫物種的威脅。

這項研究發表在《科學》雜誌上。


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