잘못된 과학책?  5억 2500만년 된 화석은 뇌 진화에 대한 일반적인 설명을 거부합니다.
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잘못된 과학책? 5억 2500만년 된 화석은 뇌 진화에 대한 일반적인 설명을 거부합니다.

광합성 박테리아에 의해 만들어진 작은 스트로마톨라이트 보호소에서 나오는 얕은 해안 해저에 있는 5억 2500만년 된 카데딕션 혈통에 대한 예술가의 인상. 출처: Nicholas Straussfeld/University of Arizona

섬세하게 보존된 신경계를 가진 작은 바다 생물의 화석이 새로운 연구에 따르면 동물계에서 가장 종이 풍부한 절지동물 그룹에서 뇌가 어떻게 진화했는지에 대한 100년 된 논쟁을 해결했습니다.

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

새로운 연구는 다음에 대한 최초의 상세한 설명을 제공합니다. 심장의 catenulum중국 남부 윈난성의 암석에 보존된 벌레 모양의 동물. 길이가 0.5인치(1.5cm 미만)이고 1984년에 처음 발견된 이 화석은 여전히 ​​중요한 비밀을 감추고 있습니다. 뇌를 포함하여 섬세하게 보존된 신경계입니다. 저널에 게재됨 과학 11월 24일, 이 연구는 애리조나 대학교 신경과학부의 섭정 교수인 니콜라스 스트라우스펠드(Nicholas Strausfeld)와 킹스 칼리지 런던(King’s College London)의 진화 신경과학(Evolutionary Neuroscience) 독자인 프랭크 허스(Frank Hirth)가 주도했습니다.

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

심장 그것은 5억 4천만 년에서 5억 년 전 사이의 매우 짧은 기간 동안 거의 모든 주요 동물 계통이 나타났던 캄브리아기로 알려진 기간 동안 초기에 풍부했던 lobotomy로 알려진 멸종된 동물 그룹에 속합니다. Lobopodians는 “진정한 관절 발”을 의미하는 그리스 단어 인 euarthropods 인 후손의 관절이없는 여러 쌍의 부드럽고 뭉툭한 다리를 사용하여 해저에서 이동했을 가능성이 있습니다. 오늘날 lobotomy의 가장 가까운 살아있는 친척은 주로 호주, 뉴질랜드 및 남미에 사는 벨벳 벌레입니다.

화석화된 심장 시리즈

화석화된 Cardiodictyon 시리즈는 1984년 중국 윈난성에서 Chengjian 동물상으로 알려진 다양한 멸종 생물 중에서 발견되었습니다. 이 사진에서 동물의 머리는 오른쪽에 있습니다. 출처: Nicholas Straussfeld/University of Arizona

19세기로 거슬러 올라가는 논쟁

화석 심장 그것은 신경절로 알려진 신경 구조의 빈번한 배열이 있는 분절된 몸통을 가진 동물을 보여줍니다. 이것은 분할의 증거가 전혀 없는 그의 머리와 뇌와 극명한 대조를 이룹니다.

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

저자들에 따르면, 이 발견은 동물계에서 세계에서 가장 많은 종이 서식하는 절지동물 그룹에서 두흉부의 기원과 형성에 대한 길고 열띤 논쟁을 해결했습니다. 절지 동물에는 곤충, 갑각류, 거미 및 기타 거미뿐만 아니라 노래기 및 지네와 같은 다른 혈통이 포함됩니다.

“1880년대부터 생물학자들은 절지동물의 전형적인 몸통이 뚜렷하게 분절된 모양에 주목하여 주로 머리에 추정했습니다.”라고 Heath는 말했습니다. “이것은 머리가 분절된 몸통의 전방 확장이라는 가정에 도달한 방법입니다.”

“하지만 심장 이는 초기 머리가 분절되지 않았고 뇌도 분리되지 않았음을 보여주며 이는 뇌와 몸통 신경계가 별도로 발달했을 가능성이 있음을 나타냅니다.”라고 Strausfeld는 말했습니다.

심장 시리즈를 위한 화석화된 머리와 마음

Cardiodictyon 시리즈의 화석 머리(앞 오른쪽). 보라색 퇴적물은 화석화된 뇌 구조를 나타냅니다. 크레딧: 니콜라스 스트라우스펠트

뇌는 골화되지 않는다

심장 그것은 고생물학자 Xianguang Hu가 발견한 윈난성의 유명한 화석 매장지인 Zhengjiang Fauna의 일부였습니다. 부드럽고 섬세한 lobotomy 몸체는 화석 기록에 잘 보존되어 있지만 그렇지 않은 경우 심장 소엽이 일반적으로 작기 때문에 머리와 뇌에 대해 검사된 사람은 없습니다. 하이라이트 부분 심장 그들은 각 세그먼트를 정의하고 한 쌍의 다리에 대한 연결 지점 역할을 하는 일련의 삼각형 안장 모양의 구조였습니다. 그것들은 캄브리아기의 도래로 거슬러 올라가는 오래된 암석에서 발견됩니다.

약 2억 5천만 년 전에 멸종한 상징적이고 다양한 해양 절지동물 그룹인 삼엽충보다 앞선 스트라우스펠드(Strausfeld)는 “이것은 갑옷을 입은 lobopods가 아마도 가장 오래된 절지동물일 것이라는 것을 말해줍니다.”라고 말했습니다.

“아주 최근까지 일반적인 이해는 뇌가 화석화되지 않는다는 것이었습니다.”라고 Heath는 말했습니다. “그래서 애초에 보존된 뇌를 가진 화석을 발견할 것이라고 기대하지 않을 것입니다. 그리고 두 번째로, 이 동물은 너무 작아서 뇌를 찾기 위해 감히 쳐다보지도 못할 것입니다.”

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

뇌를 만드는 일반적인 유전적 평면도

그들의 새로운 연구에서 저자들은 뇌를 식별했을 뿐만 아니라 심장 그러나 우리는 또한 거미와 지네를 포함하여 알려진 화석 및 살아있는 절지 동물과 비교했습니다. 화석 lobopods에 대한 자세한 해부학적 연구와 살아있는 후손의 유전자 발현 패턴 분석을 결합하여 그들은 뇌 조직에 대한 공통 청사진이 캄브리아기부터 오늘날까지 보존되었다는 결론을 내렸습니다.

“살아있는 종의 알려진 유전자 발현 패턴을 비교함으로써 우리는 모든 뇌에 대한 공통 서명과 그것이 형성되는 방식을 확인했습니다.”라고 Heath는 말했습니다.

안에 심장3개의 대뇌 영역은 별개의 머리 부속기 쌍 및 전방 소화관의 3개 분절 중 하나와 연관되어 있습니다.

히스는 “어떤 종을 보든 뇌의 모든 영역과 그에 상응하는 특징이 동일한 조합 유전자에 의해 결정된다는 사실을 깨달았다”고 덧붙였다. “이것은 뇌를 만들기 위한 일반적인 유전적 평면도를 제안했습니다.”

척추동물의 두뇌 발달을 위한 교훈

Hirth와 Straussfeld는 그들의 연구에서 설명된 원리가 절지동물과 그 직계 친척 이외의 다른 유기체에 적용될 수 있다고 말했습니다. 이것은 절지동물의 신경계를 척추동물의 신경계와 비교할 때 중요한 의미가 있다고 그들은 말했습니다. 척추동물은 전뇌와 중뇌가 유전적으로 발달적으로 척수와 다른 유사한 독특한 구조를 보여줍니다.

그들의 발견은 또한 지구가 기후 변화의 영향으로 극적으로 변화하고 있는 시기에 통신 메시지를 제공한다고 Strausfeld는 말했습니다.

“주요 지질학적, 기후적 사건이 지구를 재편하고 있던 시기에, 다음과 같은 단순한 해양 동물은… 심장 이로 인해 세계에서 가장 다양한 유기체 그룹인 완절지동물이 생겨났으며 결국 지구상의 모든 초기 서식지로 퍼졌지만 현재는 일시적인 종의 위협을 받고 있습니다. “

참조: “Lobopodian Lower Cambrian 심장 Orthropod Brains의 기원 결정” Nicholas J. Straussfeld, Xiangwang Hu, Marcel E. Sayre 및 Frank Hirth, 2022년 11월 24일, 여기에서 볼 수 있습니다. 과학.
DOI: 10.1126/science.abn6264

이 논문은 중국 쿤밍에 있는 윈난 대학 고생물학의 윈난 핵심 연구소의 Xianguang Hou와 스웨덴 룬드에 있는 룬드 대학과 2018년 맥쿼리 대학의 생물학과에 임명된 Marcel Sayer가 공동 저술했습니다. 시드니.

이 작업은 국립 과학 재단, 애리조나 대학교 리전트 기금, 영국 생명 공학 및 생물 과학 연구 위원회의 자금 지원을 받았습니다.

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"경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다."