小さな海の生き物の化石が、節足動物の脳の進化に関する 100 年にわたる議論を解決する



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教科書の書き直しを余儀なくさせるかもしれません.

Science に掲載された研究 – アリゾナ大学神経科学部の摂政教授である Nicholas Strausfeld と、King’s College London の進化神経科学の読者である Frank Hirth が率いる – は、保存されたワームのような動物である Cardiodictyon catenulum の最初の詳細な説明を提供します。中国南部の雲南省の岩の中にあります。 1984 年に最初に発見された体長わずか 0.5 インチ (1.5 センチメートル) のこの化石は、今日まで重要な秘密を隠していました。それは、脳を含む繊細に保存された神経系です。

私たちの知る限りでは、これは私たちが知る中で最も古い化石化した脳です。」


ニコラス・ストラウスフェルド、アリゾナ大学神経科学部理事教授

Cardiodictyon は、5 億 4000 万年から 5 億年前の非常に短い期間に事実上すべての主要な動物の系統が出現したカンブリア紀初期に豊富に存在していた装甲葉足類として知られる絶滅した動物のグループに属していました。 Lobopodians はおそらく、彼らの子孫である真節足動物 – ギリシャ語で「本物の関節のある足」の関節を欠いた、柔らかくずんぐりした脚の複数のペアを使用して海底を動き回りました。 現在、葉足動物に最も近い生きている近縁種は、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。

1800年代にさかのぼる議論

カーディオディクティオンの化石は、神経節として知られる神経構造の繰り返し配置があるセグメント化されたトランクを持つ動物を明らかにします。 これは、頭と脳とはまったく対照的であり、どちらも体節の証拠がありません。

「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 年以上にわたって分節化されていると考えられてきたため、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部の起源と構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、その他のクモ類に加えて、ヤスデやムカデなどの他の系統が含まれます。

「1880 年代から、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、基本的にそれを頭部に外挿した」と Hirth 氏は述べた。 「これが、頭部がセグメント化された幹の前方延長であると仮定することにフィールドが到達した方法です。」

「しかし、カーディオディクティオンは、初期の頭部も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進化した可能性が高いことを示唆しています」と Strausfeld 氏は述べています。

脳は化石化する

Cardiodictyon は、古生物学者 Xianguang Hou によって発見された雲南省の有名な化石堆積物である Chengjiang 動物相の一部でした。 葉状足動物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、おそらく葉状足動物は一般に小さいため、頭と脳について精査されたものはありません。 Cardiodictyon の最も顕著な部分は、各セグメントを定義し、脚のペアの接続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さらに古い岩石で発見されていました.

約2億5000万年前に絶滅した海洋節足動物の象徴的で多様なグループである三葉虫よりも前に、シュトラウスフェルドは言った。

「ごく最近まで、共通の理解は『脳は化石化しない』でした」とHirth氏は言います。 「だから、そもそも脳が保存された化石が見つかるとは思わないだろう。そして第二に、この動物は非常に小さいので、脳を見つけることを期待してそれを見る勇気さえないだろう.」

しかし、過去 10 年間の研究の多くは Strausfeld によって行われ、さまざまな化石化した節足動物に保存された脳のいくつかのケースが特定説(推定)されました。

脳を作るための一般的な遺伝的グランドプラン

彼らの新しい研究では、著者は Cardiodictyon の脳を特定説(推定)しただけでなく、それを既知の化石や、クモやムカデを含む生きている節足動物の脳と比較しました。 彼らは、葉足類の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て、カンブリア紀から今日まで脳組織の共有された青写真が維持されてきたと結論付けています。

「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、すべての脳の共通のサインと、それらがどのように形成されるかを特定説(推定)した」とHirth氏は述べた。

Cardiodictyon では、3 つの脳領域がそれぞれ特徴的な頭付属肢のペアと、前部消化器系の 3 つの部分の 1 つに関連付けられています。

「私たちが調べた種に関係なく、各脳ドメインとそれに対応する機能が同じ組み合わせ遺伝子によって指定されていることに気付きました」と Hirth 氏は付け加えた。 「これは、脳を作るための一般的な遺伝的基本計画を示唆しています。」

脊椎動物の脳の進化の教訓

Hirth と Strausfeld は、彼らの研究で説明されている原則は、おそらく節足動物とその近縁種以外の他の生物にも当てはまると述べています。 これは節足動物の神経系を脊椎動物の神経系と比較する際に重要な意味を持ち、前脳と中脳が遺伝的および発達的に脊髄とは異なる、同様の明確な構造を示している、と彼らは述べた。

シュトラウスフェルド氏は、気候変動の影響下で地球が劇的に変化しているときに、彼らの発見は継続性のメッセージも提供すると述べた.

「主要な地質学的および気候的事象が地球を再形成していた時期に、カーディオディクティオンなどの単純な海洋動物が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出現した生息地に広がりましたが、現在は私たち自身のはかない種によって脅かされています。」

論文「下部カンブリア紀のロボポディアン・カーディオディクティオンが真足動物の脳の起源を解決する」は、中国の昆明にある雲南大学古生物学の雲南重要研究所の Xianguang Hou と、ルンドのルンド大学に任命されている Marcel Sayre によって共著されました。 、スウェーデン、およびシドニーのマッコーリー大学の生物科学科で。

この作業のための資金は、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提供されました。



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