تظهر الحفريات المحفوظة بشكل رائع كيف بدت أدمغة أسلاف المفصليات منذ 500 مليون عام
إعادة بناء Leanchoilia الفنان

رسم فنان لـ Kaili Leanchoilia يُظهر ملحقاته الطويلة الشبيهة بالمقص الموضوعة خلف أعين جانبية على سيقان قصيرة. من المحتمل أن أربعة عشر زوجًا من الزوائد قد أدت دورًا مزدوجًا – تزويد الحيوان بالأكسجين والسماح له بالتحرك. الائتمان: نيكولاس شتراوسفيلد

ألقت الحفريات النادرة التي تحافظ على أدمغة الكائنات التي عاشت قبل أكثر من نصف مليار سنة ، ضوءًا جديدًا على تطور مفصليات الأرجل.

تكشف الحفريات المحفوظة بشكل رائع التي خلفتها الكائنات الحية التي عاشت قبل أكثر من نصف مليار سنة بتفصيل كبير عن الهياكل المتطابقة التي افترض الباحثون منذ فترة طويلة أنها ساهمت في الدماغ البدائي الذي ورثته جميع المفصليات. مفصليات الأرجل هي المجموعة التصنيفية الأكثر تنوعًا وغنى بالأنواع من الحيوانات وتشمل الحشرات والقشريات والعناكب والعقارب ، بالإضافة إلى سلالات أخرى أقل شيوعًا مثل الديدان الألفية والمئويات.

تنتمي الحفريات إلى مفصليات الأرجل المعروفة باسم Leanchoilia، تؤكد وجود – تنبأت به دراسات سابقة في علم الوراثة وعلم الأحياء التطوري لأجنة الحشرات والعناكب – لمجال أمامي متطرف للدماغ غير مجزأ وغير مرئي في مفصليات الأرجل البالغة الحديثة. على الرغم من كونه غير مرئي ، فإن هذا المجال الأمامي يؤدي إلى ظهور العديد من المراكز العصبية الحاسمة في دماغ المفصليات البالغ ، بما في ذلك الخلايا الجذعية التي توفر في النهاية مراكز تشارك في صنع القرار والذاكرة. تم افتراض أن هذا المجال الجبهي يختلف عن الدماغ الأمامي والدماغ المتوسط ​​والدماغ المؤخر الذي شوهد في المفصليات الحية ، وأطلق عليه اسم prosocerebrum ، مع كلمة “بروسو” التي تعني “الجبهة”.

Leanchoilia الأحفوري

منظر جانبي لـ Leanchoilia يُظهر درع رأسه المميز متبوعًا بـ 11 جزءًا تنتهي بـ “ذيل” مثلث. شريط المقياس 2 ملليمتر. الائتمان: نيكولاس شتراوسفيلد

موصوف في ورقة بحثية نشرت في المجلة بتاريخ 19 أغسطس 2021 علم الأحياء الحاليتقدم الحفريات الدليل الأول على وجود هذه المنطقة الدماغية المؤيدة للدماغ ، والتي لها إرث يظهر خلال التطور الجنيني للمفصليات الحديثة ، وفقًا لمؤلف الورقة الرئيسي نيكولاس ستراوسفيلد ، أستاذ ريجنت في علم الأعصاب بجامعة أريزونا. .

قال ستراوسفيلد: “إن الأحافير غير العادية التي نصفها تختلف عن أي شيء شوهد من قبل”. يظهر نظامان عصبيان ، فريدان بالفعل لأنه تم الحفاظ عليهما بشكل متماثل ، أنه منذ نصف مليار سنة كانت هذه المنطقة الدماغية الأمامية موجودة ومتميزة هيكليًا قبل الظهور التطوري للعقد القطاعية الثلاثة التي تشير إلى الدماغ الأمامي والمتوسط ​​والخلفي. “

يشير مصطلح العقدة إلى نظام من الشبكات يشكل مركزًا عصبيًا يحدث في كل جزء من الجهاز العصبي لمفصليات الأرجل. في المفصليات الحية ، تتكثف العقد الثلاثة التي تميز الدماغ المكون من ثلاثة أجزاء معًا لتشكيل كتلة صلبة ، مما يحجب أصلها التطوري باعتباره بنى مجزأة.

إن أحافير أنسجة المخ نادرة للغاية

اكتُشفت في رواسب تكوين كايلي – تكوين جيولوجي في مقاطعة قويتشو بجنوب غرب الصين – بقايا متحجرة من Leanchoilia يعود تاريخه إلى العصر الكمبري ، منذ حوالي 508 مليون سنة. توجد أحافير كايلي في الصخور الرسوبية التي تحتوي على تركيزات عالية من الحديد ، والتي ربما ساعد وجودها في الحفاظ على الأنسجة الرخوة ، والتي تم استبدالها لاحقًا برواسب الكربون.

Leanchoilia الدماغ والجهاز العصبي الجزئي

إعادة بناء الدماغ والجهاز العصبي القطاعي يظهر زوج العين الأمامي الممتد من بروسوسيرم ، والعين الجانبية من المخ ، وأربعة العقد القطعية. في الخلف ، داخل الجذع ، تم تجهيز كل جزء بزوج من العقد التي ترتبط معًا بحبل عصبي يمتد على طول الجسم. تشير المناطق المظللة باللون الأزرق إلى أنسجة الأمعاء المحفوظة. يمثل شريط المقياس 2 ملم. الائتمان: نيكولاس شتراوسفيلد

قال المؤلف الأول للورقة ، تيان لان من مركز أبحاث Guizhou لعلم الأحياء القديمة بجامعة Guizhou في الصين: “إن أحافير كايلي تفتح لنا نافذة لإلقاء نظرة خاطفة على تطور خطة الجسم للحيوانات التي عاشت قبل أكثر من نصف مليار سنة”. “لأول مرة ، نعلم الآن أن الحفريات المفصلية لتكوين كايلي لديها القدرة على الحفاظ على الأنسجة العصبية التي تظهر لنا الدماغ البدائي لمفصليات الساق المبكرة الموجودة في فجر عالم الحيوان.”

وأضاف المؤلف المشارك بيدرو مارتينيز من جامعة برشلونة ومعهد كاتالا في برشلونة بإسبانيا: “من الصعب تحجر الأنظمة العصبية ، مثل الأنسجة الرخوة الأخرى”. “هذا يجعل دراسة التطور المبكر للأنظمة العصبية مهمة صعبة.”

ألقت الحفريات أيضًا ضوءًا جديدًا على الأصل التطوري لنظامين بصريين منفصلين في تطور المفصليات: أزواج من العيون الأمامية أو العيون الجانبية ، والتي لا تزال أحفادها موجودة في الأنواع التي تعيش اليوم.

تمتلك العديد من المفصليات ، بما في ذلك الحشرات والقشريات ، زوجًا ثنائيًا متميزًا من العيون المركبة ذات الأوجه ومجموعة أخرى من العيون الأقل وضوحًا – ذات الهندسة المعمارية الأكثر بدائية – والمعروفة باسم عيون النوبليوس ، أو العين. هذه من الناحية الهيكلية تشبه العيون الرئيسية للعناكب والعقارب. تتوافق هذه العيون الأبسط مع عيون بروسوسيريوم في الأمام Leanchoilia، تمشيا مع الأدلة التي تم الحصول عليها من خلال الدراسات السابقة لتحليل أنماط التعبير الجيني أثناء التطور الجنيني للمفصليات الحية.

Leanchoilia Brain المتحجر

منظر للجزء الأمامي من الأحفورة تم تصويره في الضوء المباشر ويظهر الآثار المظلمة للعيون الجانبية ، والدقيق (الشحوب) والعقد القطاعية. شريط المقياس يساوي 2 مليمتر. الائتمان: نيكولاس شتراوسفيلد

Leanchoiliaمن ناحية أخرى ، تتعلق عيون الجانب الجانبي بـ protocerebrum ، وهو العقدة القطاعية التي تحدد الدماغ الأمامي المفصلي ، وتقع خلف بروسوسريبم. في المفصليات الحية ، يوفر البروتوسريبم العين المركبة للحشرات والقشريات ، أو العيون الجانبية أحادية العدسة للعناكب ، ومئويات الأرجل ، والدودة الألفية. تنتمي المراكز البصرية التي تخدم تلك العيون أيضًا إلى منطقة الدماغ الأولية.

أوضح شتراوسفيلد أنه في المفصليات الحية ، فإن المخ الأولي ، أو الدماغ الأمامي ، قد أدمج – بطريقة ما ، ابتلع – المراكز القديمة التي قدمها بروسوسيربروم ، بحيث لم يعد من الممكن تمييزه ككيان تشريحي متميز.

تم الحفاظ على الحفريات جيدًا لدرجة أنها تُظهر أنه بالإضافة إلى العيون الأمامية ، فإن بروسوسريبم قد أدى أيضًا إلى ظهور العقد المرتبطة بالشفا ، أو “الشفة العليا” للمفصليات الحديثة. تؤكد الحفريات أيضًا فرضية سابقة تشير إلى أن الشفا يجب أن يكون قد تطور في الأصل من ملاحق استيعاب راديودونتا، وهي مجموعة من مفصليات الساق التي كانت من الحيوانات المفترسة الأولى خلال العصر الكمبري.

“بالمقارنة مع المواد الأحفورية الأخرى المماثلة التي تنتمي إلى سلالات أكثر تقدمًا ، فإن تنظيم Leanchoilia يوضح الدماغ أن الترتيب العقدي للدماغ المبكر قد خضع لتكثيف واندماج مكوناته ، وهو ما يفسر سبب عدم إمكانية تمييز بروسوسريبم في الأنواع الحية بشكل فردي.

الآثار المترتبة على تطور الدماغ في الفقاريات

قال ستراوسفيلد إنه بالإضافة إلى سد فجوة عمرها قرن في فهم تطور دماغ المفصليات ، فإن النتائج لها آثار مهمة على التطور المبكر لأدمغة الفقاريات.

على الرغم من وجود حيوانات بسيطة شبيهة بالسمك في نفس الوقت الذي كانت فيه هذه المفصليات المتحجرة الآن ، لا توجد أحافير مقنعة لأدمغتها ، وبالتالي ، لا توجد أدلة أحفورية ولا دليل تشريحي على وجود بروسوسريبم في الفقاريات. ومع ذلك ، تُظهر الدراسات الحديثة أن الجينات التي تحدد الدماغ الأمامي والخلفي ، على سبيل المثال ، الفئران تتوافق مع الجينات التي تحدد الانقسامات العقدية الثلاثة لدماغ المفصليات. وفي الفقاريات ، بعض المراكز الحاسمة المشاركة في صنع القرار وفي التعلم والذاكرة لديها بعض المراسلات الجينية مع المراكز العليا في دماغ المفصليات ، والتي نشأت في مفصليات الأرجل القديمة.

وبالتالي ، فمن المعقول أنه حتى قبل العصر الكمبري ، وربما حتى قبل تطور خطط الجسم المنظمة جزئيًا ، كان السلف المشترك لكل من الفقاريات واللافقاريات يمتلك دوائر أساسية للإدراك البسيط واتخاذ القرار. وعلى الرغم من أن دماغًا شبيهًا بدماغًا قديمًا ربما كان موجودًا في أسلاف الفقاريات الأوائل ، لم تقترح مثل هذه الحفرية دليلًا على مجال منفصل وغير قطعي.

“ومع ذلك ، يمكن للمرء أن يتكهن بشكل معقول بأن الفقاريات قد ضمنت في أدمغتها” الحديثة “أجزاء من دماغ قديم غير مجزأ لم يكن واضحًا حتى الآن إلا في مفصليات الأرجل المبكرة ، مثل Leanchoiliaقال شتراوسفيلد.

المرجع: “Leanchoiliidae يكشف عن التنظيم السلفي لدماغ الأورثروبود الجذعي” بقلم تيان لان ويوانلونغ تشاو وفانغشين تشاو ويو هي وبيدرو مارتينيز ونيكولاس ستراوسفيلد ، 19 أغسطس 2021 ، علم الأحياء الحالي.
DOI: 10.1016 / j.cub.2021.07.048

المؤلفون المشاركون الآخرون في الدراسة هم Yuanlong Zhao من مركز Guizhou لأبحاث علم الأحياء القديمة بجامعة Guizhou في Guiyang ، الصين ؛ Fangchen Zhao من مختبر الدولة الرئيسي لعلم الأحياء القديمة والطبقات الطبقية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في نانجينغ ، الصين ؛ وأنت هو من مرفق شنغهاي للإشعاع السنكروتروني.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *