科学の本は間違っていますか？ 5 億 2500 万年前の化石が脳の進化に関する一般的な説明を覆す

新しい研究によると、繊細に保存された神経系を持つ小さな海の生き物の化石は、動物界で最も種が豊富なグループである節足動物で脳がどのように進化したかについての100年にわたる議論を解決します.

5億年以上前に死んだ小さな海の生き物の化石は、脳がどのように進化したかについての科学の教科書の書き直しを促すかもしれません.

新しい研究は、の最初の詳細な説明を提供します 心臓のカテニュラム中国南部の雲南省の岩に保存されているミミズに似た動物。 1984 年に最初に発見された長さ 0.5 インチ (1.5 cm 未満) のこの化石は、脳を含む繊細に保存された神経系という重要な秘密をまだ隠しています。 雑誌に掲載されました 科学 11 月 24 日の研究は、アリゾナ大学の神経科学学部の摂政教授であるニコラス ストラウスフェルドと、キングス カレッジ ロンドンの進化神経科学のリーダーであるフランク ハースによって主導されました。

「私たちが知る限り、これは私たちがこれまでに知っている化石化された脳の中で最も古いものです」とシュトラウスフェルドは言いました。

心臓 それはロボトミーとして知られる動物の絶滅グループに属し、5 億 4000 万年から 5 億年前の非常に短い期間にほとんどすべての主要な動物の系統が出現したカンブリア紀として知られる初期の時期に豊富でした。 Lobopodians はおそらく、彼らの子孫である真節足動物の関節を欠いている複数の対の柔らかく、ずんぐりした脚を使用して海底を移動しました。 今日、ロボトミーに最も近い生きている親戚は、主にオーストラリア、ニュージーランド、南アメリカに生息するベルベット ワームです。

化石化されたカーディオディクティオン シリーズは、1984 年に中国の雲南省で Chengjian 動物相として知られるさまざまな絶滅生物の中から発見されました。 この写真では、動物の頭が右側にあります。 クレジット: Nicholas Straussfeld/アリゾナ大学

19世紀にさかのぼる議論

化石 心臓 それは、神経節として知られる神経構造が頻繁に配置されているセグメント化された体幹を持つ動物を明らかにします。 これは、どちらもセグメンテーションの証拠を欠いている彼の頭と脳とはまったく対照的です。

「現代の節足動物の頭と脳、およびそれらの化石化した祖先の一部は、100 年以上にわたって断片的であると考えられていたため、この解剖学的構造はまったく予想外でした」と Strausfeld 氏は述べています。

著者らによると、この発見は、動物界で世界で最も種が豊富なグループである節足動物の頭胸部の起源と形成についての長く熱くなった議論を解決する. 節足動物には、昆虫、甲殻類、クモ、その他のクモのほか、ヤスデやムカデなどの他の系統が含まれます。

「1880年代以来、生物学者は、節足動物に典型的な胴体の明確にセグメント化された外観に注目し、それを主に頭部に推定してきました」とヒースは言いました. 「これが、頭部がセグメント化された胴体の前方延長であるという仮定にフィールドがどのように到達したかです。」

“しかし 心臓 初期の頭部は分割されておらず、脳も分割されていなかったことを示しており、脳と体幹神経系が別々に発達した可能性が高いことを示しています」と Strausfeld 氏は述べています。

カーディオディクティオンシリーズの化石ヘッド（正面右）。 紫色の堆積物は、化石化した脳構造を示しています。 クレジット: Nicholas Straussfeld

脳は骨化しない

心臓 それは、古生物学者Xianguang Huによって発見された雲南省の有名な化石堆積物であるZhengjiang Faunaの一部でした。 ロボトミーの柔らかく繊細な体は、化石記録によく保存されていますが、そうでなければ 心臓 おそらく小葉は一般に小さいため、頭と脳の検査は行われていません。 ハイライトパーツ 心臓 それらは、各セグメントを定義し、脚のペアの取り付け点として機能する一連の三角形の鞍型構造でした. それらは、カンブリア紀の到来にさかのぼる古い岩石に見られます。

「これは、装甲葉足類がおそらく最古の節足動物であったことを示しています」とシュトラウスフェルド氏は述べ、約 2 億 5000 万年前に絶滅した象徴的で多様な海生節足動物のグループである三葉虫よりも前から存在していました。

「ごく最近まで、脳は化石化しないというのが一般的な理解でした」とヒースは言いました。 「そのため、そもそも脳が保存された化石が見つかるとは期待できません。次に、この動物は非常に小さいため、脳が見つかることを期待して見ることさえできません。」

しかし、シュトラウスフェルドが行った過去 10 年間の研究により、さまざまな化石化した節足動物に脳が保存されている事例が数多く確認されています。

脳を作るための一般的な遺伝子フロアプラン

彼らの新しい研究では、著者は脳を特定しただけではありません 心臓 しかし、クモやムカデなどの既知の化石や生きている節足動物とも比較しました。 葉脚類化石の詳細な解剖学的研究と、生きている子孫の遺伝子発現パターンの分析を組み合わせることで、彼らは、カンブリア紀から今日まで、脳組織の共通の青写真が保存されていると結論付けました。

「生きている種の既知の遺伝子発現パターンを比較することにより、すべての脳に共通の特徴と、それらがどのように形成されるかを特定しました」と Heath 氏は述べています。

の 心臓3 つの大脳ドメインは、別個の頭付属肢のペアと、前消化管の 3 つのセグメントの 1 つに関連付けられています。

ヒース氏は、「どの種を調べたとしても、脳のすべての領域とそれに対応する特徴は、同じ遺伝子の組み合わせによって決定されることに気付きました」と付け加えました。 「これは、脳を作るための一般的な遺伝的フロアプランを示唆しています。」

脊椎動物の脳の発達のための教訓

Hirth と Straussfeld は、彼らの研究で説明されている原則は、節足動物とその近縁種以外の他の生物にも適用される可能性があると述べています。 節足動物の神経系を脊椎動物の神経系と比較すると、これは重要な意味を持つと彼らは述べた.脊椎動物の神経系は、前脳と中脳が脊髄とは遺伝的および発達的に異なるという同様に独特の構造を示している.

彼らの調査結果はまた、地球が気候変動の影響下で劇的に変化している時にコミュニケーションメッセージを提供する、と Strausfeld は述べた.

「主要な地質学的および気候的イベントが地球を再形成していたとき、単純な海洋動物… 心臓 それは世界で最も多様な生物のグループである真節足動物を生み出し、最終的には地球上のすべての発生期の生息地に広がりましたが、現在は一時的な種によって脅かされています. “

参考：「ロボポディアン下カンブリア紀」 心臓 Nicholas J. Straussfeld、Xiangwang Hu、Marcel E. Sayre、Frank Hirth 著、2022 年 11 月 24 日、こちらから入手可能。 科学.
DOI: 10.1126/science.abn6264

この論文は、中国の昆明にある雲南大学の古生物学の雲南重要研究所の Xianguang Hou と、スウェーデンのルンドにあるルンド大学とマッコーリー大学の生物科学科に任命されているマルセル セイヤーによって共同執筆されました。シドニー。

この作品は、国立科学財団、アリゾナ大学リージェント基金、および英国バイオテクノロジーおよび生物科学研究評議会によって資金提供されました。