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

Los fósiles de una diminuta criatura marina que murió hace más de quinientos millones de años podrían obligar a un libro de texto de ciencias a reescribir la evolución del cerebro.

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

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

cardiodicción pertenecía a un grupo de animales extintos conocidos como lobopodos acorazados, que eran abundantes al comienzo de un período conocido como el Cámbrico, cuando prácticamente todos los principales linajes de animales aparecieron en un período extremadamente corto entre 540 millones y 500 millones de años. Los lobopodos probablemente se movían por el lecho marino utilizando varios pares de patas blandas y rechonchas que carecían de las articulaciones de sus descendientes, los euartrópodos, que en griego significa «pie articulado verdadero». Los parientes vivos actuales más cercanos de los lobopodos son los gusanos de terciopelo que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.

El catenulo fosilizado de Cardiodictyon 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 a 1800

fósiles de cardiodicción revelan un animal con un tronco segmentado en el que hay arreglos repetitivos de estructuras neurales llamadas ganglios. Esto contrasta fuertemente con su cabeza y cerebro, los cuales 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 en especies del mundo en el reino animal. Los artrópodos incluyen insectos, crustáceos, arañas y otros arácnidos, así como otros linajes como ciempiés y ciempiés.

«Desde la década de 1880, los biólogos notaron la apariencia claramente segmentada del tronco típico de los artrópodos y esencialmente 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 tronco probablemente evolucionaron por separado”, dijo Strausfeld.

Cabeza fosilizada de Cardiodictyon cattenulum (la parte anterior está a la derecha). 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 sitio de fósiles en la provincia de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xianguang Hou. Los cuerpos suaves y delicados de lobopods han sido bien conservados en el registro fósil, pero aparte cardiodicción ninguno ha sido examinado por sus cabezas y cerebros, posiblemente porque los lobopods son típicamente pequeños. Las partes más significativas de cardiodicción eran una serie de estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y servían como puntos de unión para los pares de patas. Estos se habían encontrado en rocas aún más antiguas que datan del advenimiento del Cámbrico.

«Esto nos dice que los lobopodos acorazados pueden haber sido los primeros artrópodos», dijo Strausfeld, incluso antes que 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 que ‘los cerebros no se fosilizan'», dijo Hirth. «Entonces, en primer lugar, no esperaría encontrar un fósil con un cerebro preservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera se atrevería a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro».

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

Un modelo genético común para hacer un cerebro

En su nuevo estudio, los autores no solo identificaron el cerebro de cardiodicción pero también en comparación con los fósiles conocidos y los artrópodos vivos, incluidas las arañas y los ciempiés. Al combinar estudios anatómicos detallados de fósiles de lobopodos con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, concluyen que se ha mantenido un patrón común de organización cerebral desde el Cámbrico hasta la actualidad.

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

Dentro cardiodiccióncada uno de los tres dominios del cerebro está asociado con un par característico de apéndices cefálicos 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 los mismos genes combinados, 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 cercanos. Esto tiene implicaciones importantes cuando se compara el sistema nervioso de los artrópodos con el de los vertebrados, que exhiben una arquitectura distinta similar en la que el prosencéfalo y el mesencéfalo son genética y evolutivamente 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 están remodelando el planeta, simples animales marinos como cardiodicción dio lugar al grupo de organismos más diverso del mundo, los euartrópodos, que finalmente se extendieron a todos los hábitats emergentes de la Tierra, pero ahora están amenazados por nuestra propia especie de corta vida.

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

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