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5억2500만년 된 화석은 뇌 진화에 대한 교과서적 설명을 무시한다

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광합성 박테리아에 의해 만들어진 작은 스트로마톨라이트의 은신처에서 나오는 얕은 해안 해저에 있는 5억 2,500만년 된 개별 카디오딕티온 케이터널럼에 대한 예술가의 인상. 출처: Nicholas Strausfeld/University of Arizona

5억년 전에 죽은 작은 바다 생물의 화석은 뇌가 어떻게 진화했는지에 대한 과학 교과서를 다시 쓰도록 강요할 수 있습니다.

에 발표된 연구 과학—애리조나 대학교 신경과학부의 니콜라스 스트라우스펠드(Nicholas Strausfeld) 교수와 런던 킹스 칼리지(King’s College London)의 진화 신경과학 독자인 프랭크 허스(Frank Hirth)가 주도하여 중국 남부 암석에 보존된 벌레 같은 동물인 카디오딕티온 카테눌룸(Cardiodictyon catenulum)에 대한 최초의 상세한 설명을 제공합니다. 윈난성. 길이가 0.5인치(1.5센티미터 미만)에 불과하고 1984년에 처음 발견된 이 화석은 지금까지 뇌를 포함하여 섬세하게 보존된 신경계라는 중요한 비밀을 숨겼습니다.

Strausfeld는 “우리가 아는 한, 이것은 우리가 지금까지 알고 있는 가장 오래된 화석화된 뇌입니다.”라고 말했습니다.

심장 박동 5억4000만년에서 5억년 전 사이의 극히 짧은 시간에 거의 모든 주요 동물 혈통이 나타났던 캄브리아기 초기에 번성했던 기갑엽족류(armored lobopodians)로 알려진 멸종된 동물군에 속했다. 로보포디안은 후손인 완절지동물의 관절이 없는 여러 쌍의 부드럽고 뭉툭한 다리를 사용하여 해저에서 이동했을 가능성이 높습니다. 오늘날 lobopodians의 가장 가까운 살아있는 친척은 주로 호주, 뉴질랜드 및 남미에 사는 벨벳 벌레입니다.

1800년대로 거슬러 올라가는 논쟁

화석 심장 박동 신경절로 알려진 신경 구조의 반복 배열이 있는 분절된 몸통을 가진 동물을 보여줍니다. 이것은 분할의 증거가 전혀 없는 머리와 뇌와 뚜렷하게 대조됩니다.

Strausfeld는 “이 해부학은 현대 절지동물의 머리와 뇌, 그리고 일부 화석화된 조상이 100년 이상 분절된 것으로 여겨졌기 때문에 완전히 예상치 못한 것이었다”고 말했다.

저자에 따르면, 이번 발견은 동물계에서 세계에서 가장 많은 종이 서식하는 그룹인 절지동물 머리의 기원과 구성에 대한 길고 열띤 논쟁을 해결했습니다. 절지동물에는 곤충, 갑각류, 거미 및 기타 거미류와 노래기 및 지네와 같은 일부 다른 혈통이 포함됩니다.

“1880년대부터 생물학자들은 절지동물의 전형적인 몸통이 명확하게 분할된 모양에 주목했고 기본적으로 머리에 그것을 추정했습니다.”라고 Hirth는 말했습니다. “그것이 머리가 분절된 몸통의 전방 확장이라고 가정하는 분야에 도달한 방법입니다.”

“대퇴골 심장 박동 스트라우스펠드는 초기 머리가 분할되지 않았고 뇌도 분할되지 않았음을 보여주며 이는 뇌와 몸통 신경계가 별도로 진화했을 가능성이 있음을 시사한다고 말했습니다.

5억2500만년 된 화석은 뇌 진화에 대한 교과서적 설명을 무시한다

화석화된 Cardiodictyon catenulum은 1984년 중국 윈난성에서 Chengjian 동물상으로 알려진 멸종된 생물의 다양한 집합체 중에서 발견되었습니다. 이 사진에서 동물의 머리는 오른쪽에 있습니다. 출처: Nicholas Strausfeld/University of Arizona

화석화할 두뇌

심장 박동 고생물학자 Xianguang Hou가 발견한 윈난성의 유명한 화석 매장지인 Chengjiang 동물군의 일부였습니다. lobopodians의 부드럽고 섬세한 몸은 화석 기록에 잘 보존되어 있지만 그렇지 않은 경우 심장 박동 lobopodians는 일반적으로 작기 때문에 머리와 뇌에 대해 면밀히 조사한 사람은 없습니다. 가장 눈에 띄는 부분은 심장 박동 각 세그먼트를 정의하고 한 쌍의 다리에 대한 연결 지점 역할을 하는 일련의 삼각형 안장 모양 구조였습니다. 그것들은 캄브리아기의 출현으로 거슬러 올라가는 더 오래된 암석에서 발견되었습니다.

Strausfeld는 약 2억 5천만 년 전에 멸종된 상징적이고 다양한 해양 절지동물 그룹인 삼엽충보다 앞선, 갑옷을 입은 엽족류가 가장 초기의 절지동물일 수 있다는 것을 말해줍니다.

“아주 최근까지 일반적인 이해는 ‘뇌는 화석화되지 않는다’였습니다.”라고 Hirth는 말했습니다. “그래서 당신은 처음부터 보존된 뇌를 가진 화석을 발견할 것이라고 기대하지 않을 것입니다. 그리고 두 번째로, 이 동물은 너무 작아서 당신이 뇌를 발견하기를 바라며 감히 그것을 쳐다보지도 못할 것입니다.”

그러나 Strausfeld가 수행한 지난 10년 동안의 작업은 다양한 화석화된 절지동물에서 보존된 뇌의 몇 가지 사례를 확인했습니다.

뇌를 만들기 위한 일반적인 유전적 기초 계획

그들의 새로운 연구에서 저자들은 뇌를 식별했을 뿐만 아니라 심장 박동 그러나 또한 알려진 화석과 거미와 지네를 포함한 살아있는 절지 동물의 화석과 비교했습니다. lobopodian 화석에 대한 상세한 해부학적 연구와 그들의 살아있는 후손의 유전자 발현 패턴 분석을 결합하여 그들은 뇌 조직의 공유된 청사진이 캄브리아기부터 오늘날까지 유지되어 왔다고 결론지었습니다.

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Hirth는 “살아 있는 종의 알려진 유전자 발현 패턴을 비교함으로써 우리는 모든 뇌의 공통적인 특징과 그것이 형성되는 방식을 확인했습니다.”라고 말했습니다.

~ 안에 심장 박동3개의 뇌 영역은 각각 특징적인 머리 부속기 쌍 및 전방 소화 시스템의 세 부분 중 하나와 연결되어 있습니다.

Hirth는 “우리는 각 뇌 영역과 해당 기능이 우리가 살펴본 종에 관계없이 동일한 유전자 조합에 의해 지정된다는 것을 깨달았습니다.”라고 덧붙였습니다. “이것은 뇌를 만들기 위한 일반적인 유전적 기초 계획을 제안했습니다.”

5억2500만년 된 화석은 뇌 진화에 대한 교과서적 설명을 무시한다

Cardiodictyon catenulum의 화석화된 머리(앞쪽이 오른쪽임). 자홍색 침전물은 화석화된 뇌 구조를 표시합니다. 크레딧: Nicholas Strausfeld

척추동물의 뇌 진화를 위한 교훈

Hirth와 Strausfeld는 그들의 연구에서 기술된 원리가 아마도 절지동물과 그들의 직계 친척 이외의 다른 생물들에게 적용될 것이라고 말했습니다. 이것은 절지동물의 신경계를 척추동물의 신경계와 비교할 때 중요한 의미가 있으며, 척추동물은 전뇌와 중뇌가 유전적으로 발달적으로 척수와 구별되는 유사한 뚜렷한 구조를 보인다고 그들은 말했습니다.

Strausfeld는 또한 그들의 발견이 기후 변화의 영향으로 지구가 극적으로 변화하고 있는 시기에 연속성에 대한 메시지를 제공한다고 말했습니다.

“주요 지질학적, 기후적 사건이 지구를 재편하고 있던 시기에, 다음과 같은 단순한 해양 동물은 심장 박동 세계에서 가장 다양한 유기체 그룹인 절지동물을 발생시켰고 결국 지구상의 모든 새로운 서식지로 확산되었지만 현재 우리 자신의 일시적인 종에 의해 위협을 받고 있습니다.”

논문 “Lower Cambrian Lobopodian 심장 박동 Resolves the Origin of Euarthropod Brains”는 중국 쿤밍에 있는 Yunnan University의 고생물학을 위한 Yunnan Key Laboratory의 Xianguang Hou와 스웨덴 Lund에 있는 Lund University와 생물학과에서 임명된 Marcel Sayre가 공동 저술했습니다. 시드니 맥쿼리 대학에서 과학.

추가 정보:
Nicholas J. Strausfeld et al, The Lower Cambrian lobopodian Cardiodictyon은 절지동물 뇌의 기원을 해결합니다. 과학 (2022). DOI: 10.1126/science.abn6264. www.science.org/doi/10.1126/science.abn6264

Derek EG Briggs 외, 머리를 맞대고, 과학 (2022). DOI: 10.1126/science.add7372

애리조나 대학교 제공

소환: 5억 2,500만년 된 화석이 뇌 진화에 대한 교과서 설명을 무시함(2022년 11월 25일) https://phys.org/news/2022-11-million-year-old-fossil-defies-에서 2022년 11월 26일 검색됨 교과서 설명.html

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