Un fósil de 525 millones de años desafía la explicación de los libros de texto sobre la evolución del cerebro

Cardiodictyon-catenulum
Impresión artística de un Cardiodictyoncatenulum individual de 525 millones de años en el fondo marino costero poco profundo, emergiendo del refugio de un pequeño estromatolito construido por bacterias fotosintéticas. Crédito: Nicholas Strausfeld/Universidad de Arizona

Cardiodictyon catenulum tiene el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora

Los fósiles de una pequeña criatura marina que murió hace más de quinientos millones de años pueden obligar a reescribir los libros de texto de ciencias sobre cómo evolucionó el cerebro.

Un estudio publicado en Science—dirigido por Nicholas Strausfeld, profesor regente en el Departamento de Neurociencia de la Universidad de Arizona, y Frank Hirth, lector de neurociencia evolutiva en el King's College de Londres—brinda la primera descripción detallada de Cardiodictyon catenulum, un animal con forma de gusano preservado en rocas en la provincia sureña china de Yunnan.

Con apenas media pulgada (menos de 1,5 centímetros) de largo y descubierto inicialmente en 1984, el fósil había ocultado hasta ahora un secreto crucial: un sistema nervioso delicadamente conservado, incluido un cerebro.

"Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora", dijo Strausfeld.

Cardiodictyon pertenecía a un grupo extinto de animales conocidos como lobopodios acorazados, que abundaban al principio de un período conocido como el Cámbrico, cuando prácticamente todos los principales linajes de animales aparecieron en un tiempo extremadamente corto, hace entre 540 y 500 millones de años.

Los lobopodianos probablemente se movían en el fondo del mar usando múltiples pares de patas blandas y rechonchas que carecían de las articulaciones de sus descendientes, los euartrópodos, que en griego significa "pie articulado real". Los parientes vivos más cercanos de los lobopodios en la actualidad son los gusanos de terciopelo que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.

Un debate que se remonta a 1800

Los fósiles de Cardiodictyon revelan un animal con un tronco segmentado en el que se repiten disposiciones de estructuras neuronales conocidas como ganglios. Esto contrasta marcadamente 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 hallazgo 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, además de algunos otros linajes como milpiés y ciempiés.

Cardiodictyon catenulum

Imagen: El fósil de Cardiodictyon catenulum 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

"Desde la década de 1880, los biólogos notaron la apariencia claramente segmentada del tronco típica de los artrópodos, y básicamente lo extrapolaron a la cabeza", dijo Hirth. "Así llegó el campo a suponer que la cabeza es una prolongación anterior de un tronco segmentado".

"Pero Cardiodictyon muestra que la cabeza temprana no estaba segmentada, ni tampoco su cerebro, lo que sugiere que el cerebro y el sistema nervioso central probablemente evolucionaron por separado", dijo Strausfeld.

Los cerebros se fosilizan

Cardiodictyon era parte de la fauna de Chengjiang, un famoso depósito de fósiles en la provincia de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xianguang Hou. Los blandos y delicados cuerpos de los lobopodios se han conservado bien en el registro fósil, pero aparte de Cardiodictyon, ninguno ha sido examinado en busca de cabeza y cerebro, posiblemente porque los lobopodios son generalmente pequeños. Las partes más destacadas de Cardiodictyon eran una serie de estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y servían como puntos de unión para pares de patas. Esas se habían encontrado en rocas aún más antiguas que datan del advenimiento del Cámbrico.

"Eso nos dice que los lobopodios acorazados podrían haber sido los primeros artrópodos", dijo Strausfeld, anterior incluso a 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 'los cerebros no se fosilizan'", dijo Hirth. "Entonces, en primer lugar, no esperarías encontrar un fósil con un cerebro preservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera te atreverías a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro".

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

Cardiodictyon catenulum

Imagen: Cuerpo y cabeza fosilizados de Cardiodictyon catenulum. Los depósitos de color magenta denotan tejido neural fosilizado. La reconstrucción inferior muestra la parte más delantera del animal. Nicolás Strausfeld

Un plan básico genético común para hacer un cerebro

En su nuevo estudio, los autores no solo identificaron el cerebro de Cardiodictyon, sino que también lo compararon con los de fósiles conocidos y de artrópodos vivos, incluidas arañas y ciempiés. Combinando detallados estudios anatómicos de los fósiles de lobopodios con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, concluyen que se ha mantenido un patrón compartido de organización cerebral desde el Cámbrico hasta hoy.

"Al comparar patrones de expresión génica conocidos en especies vivas", dijo Hirth, "identificamos una firma común de todos los cerebros y cómo se forman".

En Cardiodictyon, tres dominios cerebrales están asociados cada uno con un par característico de apéndices de la cabeza y con 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 la misma combinación de genes, independientemente de la especie que estudiáramos", agregó Hirth. "Esto sugirió un plan básico genético común para hacer un cerebro".

Cardiodictyon catenulum

Imagen: Cabeza fosilizada de Cardiodictyon catenulum (la anterior que estaba a la derecha). Los depósitos de color magenta marcan estructuras cerebrales fosilizadas. Crédito: Nicholas Strausfeld

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 fuera de los artrópodos y sus parientes inmediatos. Esto tiene importantes implicaciones cuando se compara el sistema nervioso de los artrópodos con el de los vertebrados, que muestran 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 de los cambios climáticos.

"En un momento en que los principales eventos geológicos y climáticos estaban remodelando el planeta, simples animales marinos como Cardiodictyon dieron origen al grupo de organismos más diverso del mundo, los euartrópodos, que finalmente se extendieron a todos los hábitats emergentes de la Tierra, pero que ahora están siendo amenazados por nuestra propia especie efímera".

Artículo científico: The lower Cambrian lobopodian Cardiodictyon resolves the origin of euarthropod brains

Etiquetas: FósilPrimer cerebroEvolución

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