Impresión artística de una caténula de Cardiodictyon individual de 525 millones de años en el lecho marino costero poco profundo, emergiendo del refugio de un pequeño estromatolito construido por bacterias fotosintéticas. Crédito: Nicholas Strausfeld/Universidad de Arizona

Según un nuevo estudio, los fósiles de una diminuta criatura marina con un sistema nervioso delicadamente conservado resuelven un debate centenario sobre cómo evolucionó el cerebro en los artrópodos, el grupo más rico en especies del reino animal.

Los fósiles de una pequeña criatura marina que murió hace más de 500 millones de años podrían obligar a un libro de texto de ciencias a reescribir cómo evolucionó el cerebro.

Un nuevo estudio proporciona la primera descripción detallada de catéter de cardiodicción, un animal parecido a un gusano conservado en rocas en la provincia de Yunnan, en el sur de China. Con apenas media pulgada (menos de 1,5 centímetros) de largo y descubierto inicialmente en 1984, el fósil ocultaba un secreto crucial hasta ahora: un sistema nervioso delicadamente conservado, incluido un cerebro. Publicado en la revista Ciencias el 24 de noviembre, la investigación fue dirigida por Nicholas Strausfeld, profesor regente en el Departamento de Neurociencia de la Universidad de Arizona, y Frank Hirth, profesor de Neurociencia Evolutiva en el King’s College de Londres.

«Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora», dijo Strausfeld.

cardiodicción pertenecía a un grupo extinto de animales conocidos como lobopodios acorazados, que abundaban al comienzo de un período conocido como el Cámbrico, cuando prácticamente todos los principales linajes de animales aparecieron en un período extremadamente corto entre hace 540 y 500 millones de años. Los lopodianos probablemente se movían en el fondo del mar usando varios pares de patas suaves y rechonchas que carecían de las articulaciones de sus descendientes, los euartrópodos, que en griego significa «pie articulado real». Los parientes vivos más cercanos de los lobopodios son los gusanos de terciopelo que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.

El catenulum de Cardiodictyon fosilizado fue descubierto en 1984 entre un conjunto diverso de criaturas extintas conocidas como la fauna de Chengjian en Yunnan, China. En esta foto, la cabeza del animal está a la derecha. Crédito: Nicholas Strausfeld/Universidad de Arizona

Un debate que se remonta al siglo XIX

fósiles de cardiodicción revelan un animal con un tronco segmentado en el que hay arreglos repetitivos de estructuras neurales conocidas como ganglios. Esto está en marcado contraste con su cabeza y cerebro, que carecen de evidencia de segmentación.

«Esta anatomía fue completamente inesperada porque las cabezas y los cerebros de los artrópodos modernos y algunos de sus ancestros fosilizados se han considerado segmentados durante más de cien años», dijo Strausfeld.

Según los autores, el descubrimiento resuelve un largo y acalorado debate sobre el origen y la composición de la cabeza de los artrópodos, el grupo más rico del mundo en especies del reino animal. Los artrópodos incluyen insectos, crustáceos, arañas y otros arácnidos, así como algunos otros linajes como milpiés y ciempiés.

«Desde la década de 1880, los biólogos observaron la apariencia claramente segmentada del tronco típico de los artrópodos y básicamente lo extrapolaron a la cabeza», dijo Hirth. “Así es como el campo llegó a asumir que la cabeza es una extensión anterior de un tronco segmentado”.

«Pero cardiodicción muestra que la cabeza primitiva no estaba segmentada, ni tampoco su cerebro, lo que sugiere que el cerebro y el sistema nervioso del torso probablemente evolucionaron por separado», dijo Strausfeld.

Cabeza fosilizada de Cardiodictyon catenulum (la anterior está a la derecha). Los depósitos de color magenta marcan estructuras cerebrales fosilizadas. Crédito: Nicholas Strausfeld

los cerebros se fosilizan

cardiodicción era parte de la fauna de Chengjiang, un famoso depósito de fósiles en la provincia de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xianguang Hou. Los cuerpos suaves y delicados de los lobopodios se han conservado bien en el registro fósil, pero más allá cardiodicción ninguno ha sido examinado por su cabeza y cerebro, posiblemente porque los lobopodios son generalmente pequeños. Las partes más destacadas cardiodicción eran una serie de estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y servían como puntos de unión para pares de patas. Se han encontrado en rocas aún más antiguas, que se remontan al advenimiento del Cámbrico.

«Esto nos dice que los lobopodios acorazados pueden haber sido los primeros artrópodos», dijo Strausfeld, incluso anteriores a los trilobites, un grupo icónico y diverso de artrópodos marinos que se extinguieron hace unos 250 millones de años.

«Hasta hace muy poco, el entendimiento común era ‘los cerebros no se fosilizan'», dijo Hirth. “Entonces, en primer lugar, no esperaría encontrar un fósil con un cerebro preservado. Y segundo, este animal es tan pequeño que no te atreverías a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro”.

Sin embargo, el trabajo de los últimos 10 años, realizado en gran parte por Strausfeld, ha identificado varios casos de cerebros preservados en una variedad de artrópodos fosilizados.

Un modelo genético común básico para hacer un cerebro.

En su nuevo estudio, los autores no solo identificaron el cerebro de cardiodicción pero también lo comparó con los de fósiles conocidos y artrópodos vivos, incluidas arañas y ciempiés. Combinando estudios anatómicos detallados de los fósiles de lobopodios con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, concluyen que se ha mantenido un modelo compartido de organización cerebral desde el Cámbrico hasta la actualidad.

«Al comparar los patrones de expresión de genes conocidos en las especies vivas», dijo Hirth, «identificamos una firma común de todos los cerebros y cómo se forman».

En el interior cardiodiccióntres dominios cerebrales están asociados con un par característico de apéndices de la cabeza y una de las tres partes del sistema digestivo anterior.

«Nos dimos cuenta de que cada dominio del cerebro y sus características correspondientes están especificados por la misma combinación de genes, independientemente de la especie que examinamos», agregó Hirth. «Sugirió un modelo genético común para hacer un cerebro».

Lecciones para la evolución del cerebro de los vertebrados

Hirth y Strausfeld dicen que los principios descritos en su estudio probablemente se apliquen a otras criaturas además de los artrópodos y sus parientes inmediatos. Esto tiene implicaciones importantes cuando se compara el sistema nervioso de los artrópodos con el de los vertebrados, que muestran una arquitectura distinta similar en la que el prosencéfalo y el mesencéfalo están desarrollados genéticamente y son distintos de la médula espinal, dijeron.

Strausfeld dijo que sus hallazgos también ofrecen un mensaje de continuidad en un momento en que el planeta está cambiando drásticamente bajo la influencia del cambio climático.

“En un momento en que los principales eventos geológicos y climáticos estaban remodelando el planeta, simples animales marinos como cardiodicción dio lugar al grupo de organismos más diverso del mundo, los euartrópodos, que eventualmente se extendieron a todos los hábitats emergentes de la Tierra, pero que ahora están siendo amenazados por nuestras propias especies efímeras”.

Referencia: “El Lobopodio Cámbrico Inferior cardiodicción resuelve el origen de los cerebros de euartrópodos” por Nicholas J. Strausfeld, Xianguang Hou, Marcel E. Sayre y Frank Hirth, 24 de noviembre de 2022, Ciencias🇧🇷
DOI: 10.1126/ciencia.abn6264

El artículo fue coautor de Xianguang Hou en el Laboratorio Clave de Paleontología de Yunnan en la Universidad de Yunnan en Kunming, China, y Marcel Sayre, quien tiene citas en la Universidad de Lund en Lund, Suecia, y el Departamento de Ciencias Biológicas en la Universidad Macquarie en Sydney. .

La financiación para este trabajo fue proporcionada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Fondo Regents de la Universidad de Arizona y el Consejo de Investigación de Ciencias Biológicas y Biotecnología del Reino Unido.