التاريخ: 25 نوفمبر 2022
المصدر: جامعة أريزونا
مجلة ScienceDaily
د. سالم موسى القحطاني
ملخص:
وفقًا لدراسة جديدة ، تحل أحافير مخلوق بحري صغير بجهاز عصبي محفوظ بدقة جدلًا دام قرنًا من الزمان حول كيفية تطور الدماغ في المفصليات ، المجموعة الأكثر ثراءً بالأنواع في المملكة الحيوانية. من خلال الجمع بين الدراسات التشريحية المفصلة للجهاز العصبي المتحجر مع تحليلات أنماط التعبير الجيني في الأحفاد الأحياء ، استنتجوا أنه تم الحفاظ على مخطط مشترك لتنظيم الدماغ من العصر الكمبري حتى اليوم.
________________________________________
قد تدفع حفريات مخلوق بحري صغير مات منذ أكثر من نصف مليار سنة إلى إعادة كتابة كتاب علمي حول كيفية تطور الدماغ.
تقدم دراسة نُشرت في مجلة Science - بقيادة نيكولاس شتراوسفيلد ، أستاذ ريجنت في قسم علم الأعصاب بجامعة أريزونا وفرانك هيرث ، قارئ لعلم الأعصاب التطوري في King's College London - أول وصف تفصيلي لمنجد Cardiodictyon ، وهو دودة تشبه حيوان محفوظ في الصخور في مقاطعة يوننان جنوب الصين. يبلغ طول الحفرية نصف بوصة (أقل من 1.5 سم) واكتشفت في البداية في عام 1984 ، وقد أخفت سرًا حاسمًا حتى الآن: جهاز عصبي محفوظ بدقة ، بما في ذلك الدماغ.
وقال ستراوسفيلد: "على حد علمنا ، هذا هو أقدم دماغ متحجر نعرفه حتى الآن".
ينتمي Cardiodictyon إلى مجموعة منقرضة من الحيوانات تعرف باسم lobopodians المدرعة ، والتي كانت وفيرة في وقت مبكر خلال فترة تُعرف باسم الكمبري ، عندما ظهرت جميع سلالات الحيوانات الرئيسية تقريبًا خلال فترة زمنية قصيرة للغاية بين 540 مليون و 500 مليون سنة مضت. من المحتمل أن يتحرك Lobopodians في قاع البحر باستخدام أزواج متعددة من الأرجل الناعمة والقصيرة التي تفتقر إلى مفاصل أحفادهم ، euarthropods - وهي كلمة يونانية تعني "قدم مفصلية حقيقية". أقرب الأقارب الأحياء اليوم من فصيلة الفصوص هم من الديدان المخملية التي تعيش بشكل رئيسي في أستراليا ونيوزيلندا وأمريكا الجنوبية.
نقاش يعود إلى القرن التاسع عشر
تكشف أحافير Cardiodictyon عن حيوان بجذع مجزأ توجد فيه ترتيبات متكررة للبنى العصبية المعروفة باسم العقد. هذا يتناقض بشكل صارخ مع رأسه ودماغه ، وكلاهما يفتقر إلى أي دليل على التجزئة.
وقال ستراوسفيلد: "كان هذا التشريح غير متوقع تمامًا لأن رؤوس وأدمغة المفصليات الحديثة ، وبعض أسلافها المتحجرة ، ظلت تعتبر مجزأة لأكثر من مائة عام".
وفقًا للمؤلفين ، يحل هذا الاكتشاف نقاشًا طويلًا وساخنًا حول أصل وتكوين الرأس في مفصليات الأرجل ، المجموعة الأكثر ثراءً بالأنواع في العالم في المملكة الحيوانية. تشمل مفصليات الأرجل الحشرات والقشريات والعناكب والعناكب الأخرى ، بالإضافة إلى بعض السلالات الأخرى مثل الديدان الألفية والمئويات.
قال هيث: "منذ ثمانينيات القرن التاسع عشر ، لاحظ علماء الأحياء المظهر المجزأ الواضح للجذع النموذجي للمفصليات ، واستقراء ذلك بشكل أساسي على الرأس". "هذه هي الطريقة التي وصل بها المجال إلى افتراض أن الرأس هو امتداد أمامي لجذع مجزأ."
وقال شتراوسفيلد: "لكن Cardiodictyon يظهر أن الرأس المبكر لم يكن مجزأًا ، ولم يكن دماغه ، مما يشير إلى أن الدماغ والجذع العصبي قد تطور بشكل منفصل على الأرجح".
الأدمغة لا تتحجر
كان Cardiodictyon جزءًا من حيوانات Chengjiang ، وهو رواسب مشهورة من الحفريات في مقاطعة يوننان اكتشفها عالم الحفريات Xianguang Hou. لقد تم الحفاظ على الأجسام الناعمة والحساسة لفصليات الفصوص جيدًا في السجل الأحفوري ، ولكن بخلاف Cardiodictyon ، لم يتم فحص أي منها من أجل رأسها ودماغها ، ربما لأن فصيلة الفصوص صغيرة بشكل عام. كانت أبرز أجزاء Cardiodictyon عبارة عن سلسلة من الهياكل المثلثة الشكل على شكل سرج والتي تحدد كل جزء وتعمل كنقاط ربط لأزواج من الأرجل. تم العثور على تلك في صخور قديمة يعود تاريخها إلى ظهور العصر الكمبري.
قال ستراوسفيلد: "هذا يخبرنا أن فصوص الفصوص المدرعة ربما كانت أقدم مفصليات الأرجل" ، حيث سبقت حتى ثلاثية الفصوص ، وهي مجموعة أيقونية ومتنوعة من مفصليات الأرجل البحرية التي انقرضت منذ حوالي 250 مليون سنة.
قال هيرث: "حتى وقت قريب جدًا ، كان الفهم الشائع هو أن الأدمغة لا تتحجر". "لذلك لا تتوقع أن تجد حفرية ذات دماغ محفوظ في المقام الأول. وثانيًا ، هذا الحيوان صغير جدًا لدرجة أنك لن تجرؤ حتى على النظر إليه على أمل العثور على دماغ."
ومع ذلك ، فإن العمل على مدى السنوات العشر الماضية ، والذي قام بالكثير منه ستراوسفيلد ، والذي حدد العديد من حالات الأدمغة المحفوظة في مجموعة متنوعة من المفصليات المتحجرة.
خطة أرضية وراثية مشتركة لصنع دماغ
في دراستهم الجديدة ، لم يحدد المؤلفون دماغ Cardiodictyon فحسب ، بل قارنوه أيضًا بدماغ الحفريات المعروفة والمفصليات الحية ، بما في ذلك العناكب والمئويات. من خلال الجمع بين الدراسات التشريحية التفصيلية لأحفوريات الفصوص مع تحليلات أنماط التعبير الجيني في أحفادهم الأحياء ، استنتجوا أنه تم الحفاظ على مخطط مشترك لتنظيم الدماغ من العصر الكمبري حتى اليوم.
قال هيث: "من خلال مقارنة أنماط التعبير الجيني المعروفة في الأنواع الحية ، حددنا توقيعًا مشتركًا لجميع الأدمغة وكيف تتشكل".
في Cardiodictyon ، ترتبط ثلاثة مجالات دماغية بزوج مميز من ملحقات الرأس وبواحد من الأجزاء الثلاثة للجهاز الهضمي الأمامي.
أضاف هيث: "لقد أدركنا أن كل مجال من مجالات الدماغ والميزات المقابلة له يتم تحديدها بواسطة نفس الجينات المركبة ، بغض النظر عن الأنواع التي نظرنا إليها". "هذا ألهمنا الى ان هناك خطة أرضية وراثية مشتركة لصنع دماغ."
دروس لتطور دماغ الفقاريات
يقول هيرث وستراوسفيلد إن المبادئ الموصوفة في دراستهم ربما تنطبق على كائنات أخرى خارج المفصليات وأقاربهم المباشرين. وقالوا إن هذا له آثار مهمة عند مقارنة الجهاز العصبي لمفصليات الأرجل مع تلك الموجودة في الفقاريات ، والتي تظهر بنية مميزة مماثلة يكون فيها الدماغ الأمامي والدماغ المتوسط مختلفين وراثيًا وتنمويًا عن الحبل الشوكي.
وقال شتراوسفيلد إن النتائج التي توصلوا إليها تقدم أيضًا رسالة تواصل في وقت يتغير فيه الكوكب بشكل كبير تحت تأثير التحولات المناخية.
525-million-year-old fossil defies textbook explanation for brain evolution -- ScienceDaily
525-million-year-old fossil defies textbook explanation for brain evolution
Story Source:
Materials provided by University of Arizona. Original written by Daniel Stolte. Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
- Nicholas J. Strausfeld, Xianguang Hou, Marcel E. Sayre, Frank Hirth. The lower Cambrian lobopodian Cardiodictyon resolves the origin of euarthropod brains. Science, 2022; 378 (6622): 905 DOI: 10.1126/science.abn6264
