В Китае обнаружена самый древний окаменелый мозг. Он раскрывает эволюцию нервной системы членистоногих

Новое исследование предполагает, что мозг и нервная система туловища древнего червеобразного животного развивались отдельно. К такому выводу, представленному в журнале Science, пришла международная команда исследователей, изучив самый старый окаменелый мозг, который принадлежал существу, умершему более полумиллиарда лет назад. Результаты работы позволяют понять, как развивался мозг у членистоногих, сообщает Аризонский университет (США). 

Кардиодиктион (Cardiodictyon catenulum) – маленькое червеобразное существо, которое достигало в длину менее полутора сантиметров. Он принадлежит к вымершей группе животных, известных как «бронированные лобоподы», которые были многочисленны в начале кембрия – периода, когда за очень короткое время (между 540 и 500 миллионами лет назад) появились практически все основные линии животных. Лобоподы, вероятно, передвигались по морскому дну, используя несколько пар мягких коротких ног, у которых не было суставов. Ближайшими из ныне живущих родственников лобоподов являются бархатные черви (онихофоры), обитающие в основном в Австралии, Новой Зеландии и Южной Америке.

У кардиодиктиона было сегментированное туловище с повторяющимися нервными структурами – ганглиями. При этом у головы и мозга отсутствуют какие-либо признаки сегментации. «Эта анатомия была совершенно неожиданной, потому что головы и мозги современных членистоногих и некоторых их окаменелых предков на протяжении более ста лет считались сегментированными», — отмечают авторы работы. 

По словам авторов, с 1880-х годов биологи отметили четко сегментированный вид туловища, типичный для членистоногих, и перенесли эту особенность на голову и мозг. Исследование же окаменелости кардиоктиона показывает, что ранняя голова не была сегментирована, как и ее мозг. А это значит, что мозг и нервная система туловища, вероятно, развивались отдельно. 

Так, открытие разрешает долгие и горячие споры о происхождении и строении головы у членистоногих, самой богатой видами группы в мире животных. Членистоногие включают насекомых, ракообразных, пауков и других паукообразных, многоножек.

Кардиодиктион был обнаружен в скалах южной китайской провинции Юньнань в 1984 году. Мягкие тела лобоподов хорошо сохранились в летописи окаменелостей, но ни у одного из них, кроме Cardiodictyon, так тщательно не изучали голову и мозг. Возможно, потому, что лобоподы обычно маленьких размеров. Наиболее заметными частями Cardiodictyon были треугольные седлообразные структуры, которые определяли каждый сегмент и служили точками крепления для пар ног. Эти структуры были обнаружены в еще более древних породах, относящихся к началу кембрия.

Бронированные лобоподы, заключают авторы работы, могли быть самыми ранними членистоногими, предшествуя даже трилобитам – разнообразной группе морских членистоногих, вымерших около 250 миллионов лет назад.

В своем новом исследовании авторы не только идентифицировали мозг кардиодиктиона, но и сравнили его с мозгом известных ископаемых и живых членистоногих, включая пауков и многоножек. Сравнив схемы экспрессии генов у живых существ, ученые определили общие черты всех видов мозга и то, как они формируются, и пришли к выводу, что общий план организации мозга сохранялся с кембрия до наших дней.

У Cardiodictyon каждый из трех доменов мозга связан с характерной парой придатков головы и с одной из трех частей передней пищеварительной системы. Как показала работа, каждый домен мозга и соответствующие ему функции определяются одной и той же комбинацией генов – независимо от вида, который изучали исследователи.

[Иллюстрация: NICHOLAS STRAUSFELD/UNIVERSITY OF ARIZONA]