فسیل های جدید نشان می دهد که مغز اجداد بندپایان چگونه بوده است


اخبار – فسیلهای بسیار برجسته ای که بیش از نیم میلیارد سال پیش از موجودات زنده به جا مانده است ، با جزئیات ساختارهای مشابهی را نشان می دهد که محققان از مدت ها پیش مظنون بوده اند در ایجاد بافت کهن الگویی از تمام بندپایان موروثی بوده است. بندپایان متنوع ترین و متنوع ترین گروه طبقه بندی حیوانات هستند و شامل حشرات ، سخت پوستان ، عنکبوت ها و عقرب ها و سایر نسب کمتر شناخته شده مانند هزارپا و هزارپا می شوند.

فسیل های متعلق به بندپایان به عنوان شناخته می شوند Leancholia، حضور – تأیید شده توسط مطالعات قبلی در زمینه ژنتیک و بیولوژی تکاملی جنین حشرات و عنکبوت – در حوزه جلویی شدید مغز که در بندپایان بزرگسالان مدرن تقسیم نشده و نامرئی است. اگرچه این حوزه پیشانی نامرئی است ، چندین مرکز عصبی حیاتی در مغز بندپایان بزرگسال ایجاد می شود ، از جمله سلول های بنیادی ، که در نهایت مراکز تصمیم گیری و حافظه را فراهم می کند. اعتقاد بر این بود که این قلمرو پیشانی متفاوت از مغز پیشین ، مغز میانی و مغز عقب در بندپایان زنده است و نام آن prosocerebrum است که در آن “proso” به معنی “جلو” است.

توصیف شده در a کاغذ منتشر شده امروز در مجله زیست شناسی فعلیبا توجه به نویسنده اصلی مقاله ، فسیل ها اولین شواهد را از وجود این ناحیه مغزی مجرای مغزی مجزا ارائه می دهند که میراثی است که در طول رشد جنینی بندپایان مدرن ظاهر می شود. نیکلاس استراوسفلد، استاد علوم اعصاب در دانشگاه آریزونا.

استراوسفلد می گوید: “فسیل های خارق العاده ای که ما توصیف می کنیم شباهتی به هر چیزی که قبلاً دیده شده است ندارد.” “دو سیستم عصبی که در حال حاضر منحصر به فرد هستند زیرا به طور یکسان حفظ شده اند ، نشان می دهد که این ناحیه اصلی مغز نیم میلیارد سال قبل از ظهور تکاملی سه گانگلیون سگمنتال که نشان دهنده مغز پیشین ، مغز میانی و مغز عقب بود ، وجود داشته و از نظر ساختاری متفاوت بوده است. به “

اصطلاح گانگلیون به سیستم شبکه هایی اطلاق می شود که مرکز عصبی را در هر بخش از سیستم عصبی بندپایان یافت می کنند. در بندپایان زنده ، سه گانگلیوم که مغز سه قسمتی را مشخص می کند به صورت یک توده جامد متراکم شده و منشا تکاملی خود را به عنوان ساختارهای تقسیم شده پنهان می کند.

فسیل بافت مغز بسیار نادر است

در ذخایر سازند Kaili – سازند زمین شناسی در استان گویژو در جنوب غربی چین یافت شده است – بقایای فسیل شده Leancholia مربوط به کامبرین در حدود 508 میلیون سال پیش است. فسیل های Kaili در سنگهای رسوبی حاوی غلظت بالای آهن یافت می شوند که وجود آنها به احتمال زیاد به حفظ بافت نرم کمک کرد که بعداً با رسوبات کربن جایگزین شد.

“تیان لان” نویسنده ارشد این مطالعه از مرکز تحقیقات پالئوبیولوژی Guizhou در دانشگاه Guizhou در چین می گوید: “فسیل های Kaili پنجره ای را برای ما باز می کند تا به بررسی تکامل بدن حیواناتی که بیش از نیم میلیارد سال پیش زندگی می کردند بپردازیم.” به “برای اولین بار در حال حاضر ما می دانیم که فسیل های بندپایان از سازند Kaili می توانند بافت عصبی را حفظ کنند که مغز اولیه بندپایان ساقه اولیه را که در آغاز جهان حیوانات وجود داشت به ما نشان می دهد.”

پدرو مارتینز ، یکی از نویسندگان این مقاله از دانشگاه بارسلونا و موسسه کاتالو در بارسلون اسپانیا ، می افزاید: “سیستم عصبی ، مانند سایر بافتهای نرم ، سخت است که متحجر شوند.” “این باعث می شود تحقیقات در مورد تکامل اولیه سیستم های عصبی یک کار چالش برانگیز باشد.”

این فسیل ها همچنین منبع جدیدی را در مورد منشأ تکاملی دو سیستم بصری جداگانه در تکامل بندپایان نشان می دهند: جفت چشم رو به جلو یا چشمان رو به پهلو ، فرزندان آنها هنوز در گونه های امروزی یافت می شوند.

بسیاری از بندپایان ، از جمله حشرات و سخت پوستان ، دارای یک جفت دو طرفه متمایز از چشم های ترکیبی و دارای گروه دیگری از چشم های کمتر آشکار – با معماری اولیه – هستند که به چشم ناپلیوس یا اوکول معروف هستند. اینها از نظر ساختاری شبیه چشمان اصلی عنکبوت و عقرب هستند. این چشمان ساده تر مربوط به چشم های قدامی پروسوسوربروم در است Leancholiaمطابق با یافته های مطالعات قبلی که الگوهای بیان ژن را در طول رشد جنینی بندپایان زنده تجزیه و تحلیل می کردند.

Leancholiaاز طرف دیگر ، چشم های جانبی به پروتوسکربروم اشاره می کند ، که گانگلیون سگمنتال است که قسمت جلویی بندپایان را مشخص می کند و درست در پشت پروسوسربروم قرار دارد. در بندپایان زنده ، پروتوسکربوم چشم های ترکیبی حشرات و سخت پوستان یا لنزهای جانبی جداگانه ساقدوش ، هزارپا و هزارپا را فراهم می کند. مراکز بینایی که به این چشم ها خدمت می کنند نیز متعلق به ناحیه پیش مغزی مغز هستند.

اشتراوسفلد توضیح داد که در بندپایان زنده ، قسمت پیشانی یا مغز پیشین ، مراکز قدیمی پروسوسکربوم را جذب کرده است – به اصطلاح ، آن را بلعیده است – به طوری که دیگر به عنوان یک واحد آناتومیکی مستقل قابل تشخیص نیست.

فسیل ها آنقدر خوب محافظت شده اند که نشان می دهند علاوه بر چشم های رو به جلو ، پروسوسکربوم گانگلیوم هایی نیز ایجاد کرده است که به لابروم یا “لب فوقانی” بندپایان مدرن متصل هستند. فسیل ها همچنین فرضیه قبلی را تایید می کنند که نشان می دهد لابروم در اصل از زائده های طعمه تشکیل شده است. باید توسعه یافته باشد رادیودونتا، گروهی از بندپایان ساقه که در دوران کامبرین شکارچیان اصلی بودند.

“در مقایسه با سایر مواد فسیلی مشابه متعلق به نسب پیشرفته تر ، این سازمان است Leancholia مغز نشان می دهد که آرایش گانگلیونی مغز اولیه تحت فشرده سازی و ادغام اجزای آن قرار گرفته است ، و این توضیح می دهد که چرا پروسوسبروم نمی تواند به طور جداگانه در گونه های زنده متمایز شود. “

تاثیر بر رشد مغز مهره داران

به گفته اشتراوسفلد ، نتایج نه تنها شکاف قرن ها در درک تکامل مغز بندپایان را پر می کند ، بلکه پیامدهای مهمی برای تکامل اولیه مغز مهره داران دارد.

اگرچه حیوانات ساده و ماهی مانند با این بندپایان فسیل شده همزیستی داشتند ، اما هیچ فسیل قانع کننده ای از مغز آنها وجود ندارد و از این رو هیچ شواهد فسیلی یا آناتومیکی از وجود پروسوسبروم در مهره داران وجود ندارد. با این حال ، مطالعات مدرن نشان می دهد که ژن هایی که به عنوان مثال مغز جلو و عقب موش را مشخص می کنند ، با ژن هایی که سه تقسیم گانگلیونی مغز بندپای را مشخص می کنند مطابقت دارد. و در مهره داران ، برخی از مراکز حیاتی که در تصمیم گیری ، یادگیری و حافظه دخیل هستند ، دارای مراکز ژنتیکی با مراکز بالاتر در مغز بندپایان هستند که از مغز قدامی بندپایان منشا گرفته اند.

بنابراین قابل قبول است که اجداد مشترک مهره داران و بی مهرگان قبل از کامبرین ، احتمالاً حتی قبل از توسعه برنامه های بدن سازمان یافته به صورت بخشی ، مدارهای اساسی برای تشخیص و تصمیم گیری آسان داشته اند. و در حالی که ممکن است مغز اجدادی پیش از مغز در اجداد اولیه مهره داران وجود داشته باشد ، چنین فسیلی هیچ نشانه ای از حوزه گسسته و غیرقطعی ارائه نکرده است.

“با این وجود ، منطقی است که حدس بزنیم که مهره داران بخش هایی از مغز قدیمی و بدون بخش را در مغز” مدرن “خود جاسازی کرده اند که قبلاً فقط در بندپایان اولیه قابل تشخیص بود ، مانند Leancholia“، گفت استراوسفلد.

دیگر نویسندگان این مطالعه یوانلونگ ژائو از مرکز تحقیقاتی گائیژو برای پالئوبیولوژی در دانشگاه گویژو در گویانگ چین هستند. فانگچن ژائو از آزمایشگاه کلیدی دولتی پالئوبیولوژی و چینه شناسی آکادمی علوم چین در نانجینگ ، چین ؛ و شما او از تأسیسات تابش سنکروترون شانگهای.