ฟอสซิลอายุ 525 ล้านปีท้าทายคำอธิบายตำราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสมอง

ฟอสซิลของสัตว์ทะเลขนาดเล็กที่ตายไปเมื่อกว่าครึ่งพันล้านปีก่อนอาจทำให้หนังสือเรียนวิทยาศาสตร์ต้องเขียนใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของสมองการศึกษาที่ตีพิมพ์ในนิตยสาร Science นำโดย Nicholas Strausfeld ศาสตราจารย์ผู้สำเร็จราชการในภาควิชาประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนา และ Frank Hirth ผู้อ่านวิทยาการวิวัฒนาการที่ King's College London ได้ให้คำอธิบายโดยละเอียดครั้งแรกของCardiodictyon catenulumซึ่งมีลักษณะคล้ายหนอน สัตว์ที่เก็บรักษาไว้ในหินในมณฑลยูนนานทางตอนใต้ของจีน ฟอสซิลนี้มีความยาวเพียงครึ่งนิ้ว (น้อยกว่า 1.5 เซนติเมตร) และถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1984 ฟอสซิลดังกล่าวได้ซ่อนความลับที่สำคัญมาจนถึงปัจจุบัน นั่นคือระบบประสาทซึ่งรวมถึงสมอง Strausfeld กล่าวว่า "ตามความรู้ของเรา นี่คือฟอสซิลสมองที่เก่าแก่ที่สุดที่เรารู้จักจนถึงตอนนี้" Cardiodictyonอยู่ในกลุ่มสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วซึ่งรู้จักกันในชื่อว่า armoured lobopodians ซึ่งมีอยู่มากมายในช่วงต้นของยุคที่รู้จักกันในชื่อ Cambrian เมื่อสายเลือดของสัตว์ที่สำคัญเกือบทั้งหมดปรากฏขึ้นในช่วงเวลาสั้นมาก อายุ

ระหว่าง 540 ล้านถึง 500 ล้านปีก่อน โลโบโพเดียนน่าจะเคลื่อนที่ไปมาบนพื้นทะเลโดยใช้ขาที่อ่อนนุ่มและกุดหลายคู่ซึ่งขาดข้อต่อของลูกหลานของพวกมัน euarthropods - ภาษากรีกสำหรับ "เท้าที่มีข้อต่อจริง" ญาติสนิทที่สุดของโลโบโพเดียนในปัจจุบันคือหนอนกำมะหยี่ซึ่งส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในออสเตรเลีย นิวซีแลนด์ และอเมริกาใต้ การโต้วาทีย้อนไปถึงปี 1800 ซากดึกดำบรรพ์ของCardiodictyonเผยให้เห็นสัตว์ที่มีลำตัวเป็นปล้องซึ่งมีโครงสร้างประสาทที่เรียกว่าปมประสาทเรียงตัวซ้ำๆ สิ่งนี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับส่วนหัวและสมอง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ไม่มีหลักฐานของการแบ่งส่วน Strausfeld กล่าวว่า "ลักษณะทางกายวิภาคนี้เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงอย่างสิ้นเชิง เพราะศีรษะและสมองของสัตว์ขาปล้องสมัยใหม่ และบรรพบุรุษบางส่วนที่กลายเป็นฟอสซิลของพวกมัน ได้รับการพิจารณาว่าแบ่งส่วนกันมานานกว่าร้อยปี" Strausfeld กล่าว ตามที่ผู้เขียน การค้นพบนี้ช่วยแก้ปัญหาการถกเถียงอันยาวนานและเผ็ดร้อนเกี่ยวกับที่มาและองค์ประกอบของหัวในสัตว์ขาปล้อง ซึ่งเป็นกลุ่มที่อุดมไปด้วยสปีชีส์มากที่สุดในโลกในอาณาจักรสัตว์ สัตว์ขาปล้องรวมถึงแมลง กุ้ง แมงมุม และแมงอื่นๆ รวมถึงสายเลือดอื่นๆ เช่น กิ้งกือและตะขาบ Hirth กล่าวว่า "ตั้งแต่ทศวรรษ 1880 นักชีววิทยาสังเกตเห็นลักษณะลำตัวที่แบ่งส่วนอย่างชัดเจนซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับสัตว์ขาปล้อง "นั่นคือวิธีที่ฟิลด์มาถึงโดยสมมติว่าส่วนหัวเป็นส่วนต่อของลำต้นที่แบ่งส่วน" Strausfeld กล่าว ว่า "แต่Cardiodictyonแสดงให้เห็นว่าส่วนหัวส่วนต้นไม่ได้ถูกแบ่งส่วน และไม่ใช่สมองของมัน ซึ่งบ่งชี้ว่าสมองและระบบประสาทส่วนลำตัวน่าจะมีวิวัฒนาการแยกจากกัน" Strausfeld กล่าว สมองกลายเป็นฟอสซิล Cardiodictyonเป็นส่วนหนึ่งของสัตว์ในตระกูลเฉิงเจียง ซึ่งเป็นแหล่งฟอสซิลที่มีชื่อเสียงในมณฑลยูนนาน ค้นพบโดยนักบรรพชีวินวิทยา Xianguang Hou ร่างกายที่บอบบางและอ่อนนุ่มของสัตว์จำพวกลิงโลโบโพเดียนได้รับการเก็บรักษาไว้อย่างดีในบันทึกฟอสซิล แต่นอกเหนือจากสัตว์จำพวกคาร์ดิโอดิคชันแล้วยังไม่มีใครได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดเกี่ยวกับหัวและสมองของพวกมัน อาจเป็นเพราะโดยทั่วไปแล้วสัตว์จำพวกลิงโลโบโพเดียนมีขนาดเล็ก ส่วนที่โดดเด่นที่สุดของCardiodictyonคือชุดของโครงสร้างรูปสามเหลี่ยมรูปอานม้าที่กำหนดแต่ละส่วนและทำหน้าที่เป็นจุดยึดสำหรับขาคู่หนึ่ง สิ่งเหล่านี้ถูกพบในหินที่มีอายุเก่าแก่ตั้งแต่การถือกำเนิดของยุคแคมเบรียน “นั่นบอกเราว่าสัตว์ขาปล้องหุ้มเกราะอาจเป็นสัตว์ขาปล้องในยุคแรกสุด” สเตราส์เฟลด์กล่าว โดยทำนายแม้กระทั่งสัตว์ขาปล้องไตรโลไบท์ ซึ่งเป็นกลุ่มสัตว์ขาปล้องในทะเลที่โดดเด่นและหลากหลายซึ่งสูญพันธุ์ไปเมื่อประมาณ 250 ล้านปีก่อน "จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ความเข้าใจทั่วไปคือ 'สมองไม่กลายเป็นฟอสซิล'" เฮิร์ธกล่าว "ดังนั้นคุณคงไม่คาดหวังว่าจะพบฟอสซิลที่มีสมองที่เก็บรักษาไว้ในตอนแรก และประการที่สอง สัตว์ชนิดนี้มีขนาดเล็กจนคุณไม่กล้าแม้แต่จะมองมันด้วยความหวังว่าจะพบสมอง" อย่างไรก็ตาม งานในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ซึ่งส่วนใหญ่ทำโดยสเตราส์เฟลด์ ได้ระบุกรณีของสมองที่เก็บรักษาไว้หลายกรณีในฟอสซิลสัตว์ขาปล้องหลายชนิด แผนพื้นฐานทางพันธุกรรมทั่วไปสำหรับการสร้างสมอง ในการศึกษาใหม่ของพวกเขา ผู้เขียนไม่เพียงแต่ระบุสมองของCardiodictyonเท่านั้น แต่ยังเปรียบเทียบกับซากดึกดำบรรพ์ที่รู้จักและของสัตว์ขาปล้องที่มีชีวิต ซึ่งรวมถึงแมงมุมและตะขาบด้วย เมื่อรวมการศึกษาทางกายวิภาคโดยละเอียดของฟอสซิลของสัตว์จำพวก Lobopodian กับการวิเคราะห์รูปแบบการแสดงออกของยีนในลูกหลานของพวกมัน พวกเขาสรุปได้ว่าพิมพ์เขียวร่วมกันของการจัดระเบียบสมองได้รับการดูแลรักษาตั้งแต่ Cambrian จนถึงทุกวันนี้ "โดยการเปรียบเทียบรูปแบบการแสดงออกของยีนที่รู้จักในสิ่งมีชีวิต" Hirth กล่าว "เราระบุลายเซ็นร่วมกันของสมองทั้งหมดและวิธีก่อตัวขึ้น" ในCardiodictyonโดเมนของสมองสามโดเมนแต่ละอันเกี่ยวข้องกับส่วนต่อท้ายของศีรษะที่มีลักษณะเฉพาะและกับหนึ่งในสามส่วนของระบบย่อยอาหารส่วนหน้า "เราตระหนักว่าโดเมนของสมองแต่ละส่วนและคุณลักษณะที่สอดคล้องกันนั้นได้รับการระบุโดยยีนผสมเดียวกัน โดยไม่คำนึงถึงสายพันธุ์ที่เราพิจารณา" เฮิร์ธกล่าวเสริม "สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงแผนพื้นฐานทางพันธุกรรมสำหรับการสร้างสมอง" บทเรียนสำหรับวิวัฒนาการของสมองสัตว์มีกระดูกสันหลัง Hirth และ Strausfeld กล่าวว่าหลักการที่อธิบายไว้ในการศึกษาของพวกเขาอาจนำไปใช้กับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ไม่ใช่สัตว์ขาปล้องและญาติสนิทของพวกมัน สิ่งนี้มีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบระบบประสาทของสัตว์ขาปล้องกับของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งแสดงสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันที่คล้ายคลึงกัน โดยสมองส่วนหน้าและสมองส่วนกลางมีความแตกต่างทางพันธุกรรมและพัฒนาการจากไขสันหลัง Strausfeld กล่าวว่าการค้นพบของพวกเขายังนำเสนอข้อความของความต่อเนื่องในช่วงเวลาที่โลกกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างมากภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ "ในช่วงเวลาที่เหตุการณ์ทางธรณีวิทยาและภูมิอากาศที่สำคัญกำลังเปลี่ยนแปลงโลก สัตว์ทะเลอย่างเช่นCardiodictyonได้ก่อให้เกิดกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลายมากที่สุดในโลก - สัตว์จำพวกยูอาร์โทรพอด (euarthropods) ซึ่งในที่สุดก็แพร่กระจายไปยังที่อยู่อาศัยที่เกิดขึ้นใหม่ทุกแห่งบนโลก ตอนนี้กำลังถูกคุกคามโดยเผ่าพันธุ์ชั่วคราวของเราเอง”